EP4107407A1 - Adaptive tuned mass damper for damping low excitation frequencies - Google Patents

Adaptive tuned mass damper for damping low excitation frequencies

Info

Publication number
EP4107407A1
EP4107407A1 EP21706838.6A EP21706838A EP4107407A1 EP 4107407 A1 EP4107407 A1 EP 4107407A1 EP 21706838 A EP21706838 A EP 21706838A EP 4107407 A1 EP4107407 A1 EP 4107407A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pendulum
mass
vibration damper
joint
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21706838.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Franz Mitsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FM Energie GmbH and Co KG
Original Assignee
FM Energie GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FM Energie GmbH and Co KG filed Critical FM Energie GmbH and Co KG
Publication of EP4107407A1 publication Critical patent/EP4107407A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/1005Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect characterised by active control of the mass
    • F16F7/1017Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect characterised by active control of the mass by fluid means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/80Arrangement of components within nacelles or towers
    • F03D80/88Arrangement of components within nacelles or towers of mechanical components
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/104Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted
    • F16F7/112Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted on fluid springs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F16F9/0209Telescopic
    • F16F9/0245Means for adjusting the length of, or for locking, the spring or dampers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F16F9/04Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall
    • F16F9/0454Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall characterised by the assembling method or by the mounting arrangement, e.g. mounting of the membrane
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/54Arrangements for attachment
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/56Means for adjusting the length of, or for locking, the spring or damper, e.g. at the end of the stroke
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/96Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05B2260/964Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by damping means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2222/00Special physical effects, e.g. nature of damping effects
    • F16F2222/08Inertia
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2228/00Functional characteristics, e.g. variability, frequency-dependence
    • F16F2228/04Frequency effects
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2228/00Functional characteristics, e.g. variability, frequency-dependence
    • F16F2228/06Stiffness
    • F16F2228/066Variable stiffness
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30Wind power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a novel frequency-adaptable vibration damper, which is used in particular for damping different vibrations ⁇ 2 Hz, in particular ⁇
  • 1 Hz preferably ⁇ 0.5Hz, and thus preferably as a construction damper when building or erecting tall, slim structures, such as wind turbine towers, but also as a permanent damper.
  • the invention relates in particular to a pendulum vibration damper with a first pendulum to which a vibration mass is attached and a second pendulum, which is formed by a spring-like support device of different designs and is operated with a gas-air volume in such a way that with their help on the weight of the Mass influenced and thus the frequency of the vibration system can be adapted and set.
  • Tall, slim structures are usually exposed to different forces, which cause different vibrational states, whereby different frequencies have to be damped. This is especially the case when erecting a tall, slim structure.
  • the construction of a tall, slim structure such as a wind power plant consisting of a tower, nacelle and rotor blades, can easily drag on over a longer period of time, so that weather-related or other excitation conditions can lead to undesirable vibrations in the plant under construction.
  • the tower of a wind power plant alone has a natural frequency of up to approx. 0.6 Hz.
  • a completely built wind power plant has natural frequencies of less than 0.15 Hz.
  • the usual lengths of the pendulum ropes or pendulum rods can usually not be achieved or can only be achieved with great effort. .
  • the object was therefore to provide a vibration damper for sufficiently large masses but with the smallest possible vibration paths, which is capable of addressing and damping variable low frequencies below 2 Hz, preferably below 0.5 Hz.
  • the object was achieved by providing a pendulum vibration damper in which, according to the invention, the weight of the pendulum mass during the pendulum movement can be objectively or relatively reduced or increased by a specially developed support spring element and thus specifically adapted to the natural frequency of the vibration system.
  • a pendulum works due to the force of gravity acting on the mass.
  • the higher the weight caused by gravity the higher - with the same pendulum length - the natural frequency.
  • the shorter the pendulum length the higher the frequency.
  • a selective lowering of the natural frequency of the vibration system can thus be achieved. According to the invention, this is done by a counter pendulum acting on the pendulum mass from below or possibly from above, as described below.
  • the pendulum vibration damper according to the invention can therefore be set in a controllable manner to the respective natural frequency of the vibration system, in particular in the case of high, slim ones Structures, where in particular frequencies of ⁇ 2 Hz, for example between 0.15 to 1.5 Hz, are important.
  • the subject matter of the invention is thus an adaptive pendulum vibration damper for adaptable damping of vibrations that occur at low frequencies ⁇ 2 Hz, preferably ⁇ 1.5 Hz, in tall, slim structures
  • At least one second pendulum rod (5) which is vertically arranged in the non-operational state and has a length (5.1), which is wholly or partially arranged below or above the first pendulum rod (4) and with one end via a joint (5.3) directly or above a support element (6) is connected to the structure to be damped, said first pendulum rod (4) at its free end (4.3) via a common freely movable joint (4.3) (5.2) directly or indirectly with the free end (5.2) of the second Pendulum rod (5) is connected,
  • Pendulum rods (4) (5) are moved together, and
  • a pressurized and pressure-controlled supporting device (7) which increases the weight of the vibration mass (1) by raising or lowering or
  • the support device being an integral part of the second pendulum rod (5), or the support device functions as a pendulum rod.
  • the support device (7) is operated by a pressurized gas / air volume (7.6), the pressure being selected so that it causes a certain change in weight of the vibration mass (1), i.e. by a certain one Amount increases or decreases, or relieved or debited.
  • the gas / air volume (7.6) is located in a gas / air container (7.5) which is either an integral part of the support device or, if the available volume is insufficient for this, in a separate container outside the actual support device (7). In the latter case, the separate container is connected to the actual support device (7) by means of corresponding lines / hoses (7.10) (7.14) (7.15) (7.17) (7.18).
  • the support device is preferably an air spring element (7.1) or a pneumatic cylinder (7.2), the pneumatic cylinder here acting like an air spring.
  • the air spring unit (7.1) can be an elastic bellows (7.1.1) or an arrangement of several elastic bellows stacked one on top of the other, preferably with a small cross section, or a roll bellows (7.1.2).
  • the air spring unit (7.1) is preferably represented by a pneumatic cylinder (7.2) with a separate gas / air volume / container (7.6) (7.5).
  • the total gas volume (7.6) sufficiently large that a maximum of 10%, preferably not more than 5-8% of the total available volume is displaced or shifted by the support device during a pendulum movement when the vibration damper is in operation .
  • the container (7.5) here is to be understood as the entire space occupied by the gas (7.6), that is to say in the actual support device itself, and possibly in a container that is separate from it.
  • the air spring unit comprises several, for example an arrangement of three to ten, elastic bellows (7.1.1) stacked on top of one another, the cross-section of which is as small as possible in proportion to the total gas volume (7.6).
  • an additional container can be provided outside the support spring unit (7) for this purpose in order to contribute to the relative reduction of the displaced volume in relation to the total volume.
  • the pendulum vibration damper according to the invention comprises a pressure control unit (7.11), which is optionally operated automatically and equipped with appropriate sensors, whereby pressure fluctuations caused by changed external conditions during operation are caused by increasing or decreasing the Gas / air pressure (7.6) in the container (7.5) can be compensated for by gas / air supply or outlet via corresponding connections (7.10).
  • a pressure control unit (7.11) which is optionally operated automatically and equipped with appropriate sensors, whereby pressure fluctuations caused by changed external conditions during operation are caused by increasing or decreasing the Gas / air pressure (7.6) in the container (7.5) can be compensated for by gas / air supply or outlet via corresponding connections (7.10).
  • the natural frequency of the vibration absorber or the vibration system can be adapted to the changed conditions. It makes sense to have the system only automatically adjust the pressure if a certain preset maximum or minimum pressure is exceeded. It has been shown to be advantageous if the lengths (4.1) (5.1) of the two interconnected pendulum rods (4) (5) are different.
  • the length (4.1) of the at least one first, for example upper, pendulum rod (4) is preferably smaller than the length (5.1) of the second, for example lower, pendulum rod (5) or the support device (7).
  • the second (lower) pendulum rod (5), or the support device (7) or the support spring unit (7.1) is preferably 1.5 to 2 times, or 50-100% longer than the at least one first pendulum rod (4) .
  • the at least first pendulum rod (4) completely or partially represents an upper pendulum and the at least second pendulum rod (5) completely or partially represents a lower pendulum, and both pendulum rods are connected via a common joint (4.3) / (5.2) connected with each other.
  • the at least first pendulum rod (4) completely or partially represents a lower pendulum
  • the at least second pendulum rod (5) completely or partially represents an upper pendulum
  • both pendulum rods are connected to one another via a common joint (5.2) / (4.3).
  • the pendulum vibration damper according to the invention can be adapted particularly well and selectively to a low frequency if the vibration mass (1) is positioned on the pendulum rod (4) in such a way that the center of gravity of the mass (2) is in near the joint (4.3) (5.2) or coincides with its position.
  • the vibration mass (1) is preferably designed in such a way that the support device (7) or the air spring unit / support spring unit (7.1) is at least partially surrounded by the vibration mass while maintaining the free mobility of the second pendulum rod (5) (5.1).
  • This can be achieved by a correspondingly positioned recess or a free space (8) on the vibration mass (1), into which the support device (7) protrudes at least with its upper part so far that, as mentioned above, the joint (5.2) (4.3) the pendulum rod (5) (5.1) is positioned in the area of the center of gravity (2) of the vibration mass (1).
  • the air spring unit / support spring unit (7.1) can be tapered at the end which is directed towards the joint (5.2) so that it fits well into a smaller recess (8) in the vibration mass (1).
  • support spring unit is used synonymously for the air spring unit (7.1):
  • the invention also relates to a preferably two-dimensionally effective, adaptive pendulum vibration damper for tall, slim structures, for example towers of wind turbines, for damping vibrations of low frequencies that occur. in particular in the range from 0.1 to 1.5 Hz, preferably 0.1 to 1.0 Hz, which includes the following elements in particular:
  • damping unit (3) for example an elastic, pneumatic, hydraulic, or magnetic damper
  • At least one support device (7) designed as a support spring unit (7.1), which is part of a second, preferably lower pendulum rod (5) (5.1) and is functionally connected to the oscillating mass (1) on the first pendulum rod and is wholly or partially connected is arranged below the mass (1), the two pendulum rods being connected to one another via a common joint (4.3) (5.2).
  • the support spring unit (7.1) comprises the following elements: ⁇ a ⁇ an integrated pressure-resistant gas or air container or storage (7.5) for receiving a gas / or air volume (7.6) with an inlet / outlet device ( 7.10); (b) an elastic bellows (7.1 .2) or an arrangement of elastic bellows stacked on top of one another to generate a lifting force or, if necessary, a lowering force, which is connected to the gas volume (7.6) and changes its rigidity and size according to the preset gas pressure, whereby the gas pressure in the container (7.5) and in the air suspension unit is set so that the vibration mass (1) compared to the pressure-free or pressure-reduced state, for example by increasing the air pressure and thus the lifting force of the air suspension unit (7.1) vertically or in the direction of the vibration mass ( 1) is relieved, whereby its weight is reduced depending on the preset pressure, and c ⁇ an upper freely movable joint (5.2).
  • this joint represents the upper joint of the lower pendulum rod in this embodiment, which is represented here by the support spring unit (7.1), and is on the other hand identical to the joint (4.3) of the upper pendulum rod (4) here.
  • the two pendulum rods are also connected to one another here by a common freely movable joint (4.3) (5.2).
  • the support device (7) or the support spring unit (7.1) or the lower pendulum rod (5) here also has a lower joint (5.3) which is connected to a carrier element (6) of the tall and slim structure.
  • This joint (5.3) can be designed as a ball joint or as a cardan joint.
  • the support spring unit (7) functionally represents a second pendulum rod (5) (5.1) which is moved along with the first pendulum rod (4) (4.1) to which the mass (1) is attached.
  • the pendulum vibration damper comprises at least one first upper rigid pendulum rod (4) to which the mass (1) is attached and a second lower pendulum rod (5) in the form of the above-mentioned, a lifting force generating support spring unit (7) which is carried along with the oscillating mass (1) and moved.
  • the vibration damper according to the invention is designed as a transverse pendulum damper.
  • a vibration damper has, if it is to be effective two-dimensionally, three or more first upper or lower pendulum rods (4) on which the vibration mass (1) is suspended in the area of the respective lower or upper joint (4.3), and the mass ( 1) is connected to the second lower or upper pendulum rod (5), with the air spring / support spring unit (7), via the upper or lower joint (5.3), so that the oscillating mass (1) can be moved horizontally during the pendulum movement .
  • the vibration absorbers according to the invention preferably additionally have one or more damping units (3).
  • Hydraulic, pneumatic, elastic or also magnetic dampers can be used, which are known per se in the prior art.
  • rotary dampers in particular magnetic rotary dampers, have proven to be particularly suitable.
  • Corresponding (magnetic) rotary dampers are described, for example, in WO 2017/036581, in WO 2019/154557 or in WO 2019/029839.
  • the damping unit (3) is attached in or on the joint (4.2) of the pendulum (4).
  • a universal joint with an integrated damping unit, as described in WO 2019/201471, can advantageously be used here.
  • damping units (3) can also be attached in number and strength to the circumference of the vibration mass in such a way that they can dampen vibrations from all directions of the horizontal plane of the vibration damper according to the invention. In the case of the transversal pendulum absorbers described, it makes sense to attach the damping units (3) between the mass (1) and the carrier unit (6).
  • the vibration absorbers according to the invention are intended, in particular, to be used when erecting or dismantling the tall, slim structures.
  • vibrations in the low frequency range of less than 2 Hz, in particular in the range between 1 and 1.5 Hz occur depending on the construction progress. Since the assembly of the systems often takes a longer period of time, vibration damping is very important in this period sensible. After the complete system has been set up, such a vibration damper can often be dispensed with, even if it can in principle be used in system operation.
  • a vibration damper according to the invention which is attached to a mobile support structure (6), which in turn can be reversibly attached to or removed from a structure, e.g. on the tower of a wind turbine, during its erection or dismantling.
  • a fastening device for the pendulum vibration absorber according to the invention can be a simple suspension structure which is firmly connected to the structure to be damped.
  • the supporting device (7) is responsible for changing the weight of the oscillating mass (1).
  • the support device can be referred to as part of the pendulum vibration damper according to the invention as independently innovative.
  • the subject of the invention is thus a support spring device for a mass with a lifting force adaptable by gas pressure, comprising
  • connection point for a mass (1) whose weight is to be changed and a second opposite, possibly articulated, connection point for a support structure (6); wherein the elements of features (b) - (d), and above and below the mass (1) and the support structure (6) are arranged between the two connection points,
  • (C) at least one elastic air spring element (7.1) (7.1.1) (7.1.2) above or below the container (7.5), which is in functional connection with the gas volume in the container (7.5) and its rigidity and stiffness according to the preset gas pressure Size changes, whereby an increase or a lowering and thus a change in the lifting force of the air spring element along the longitudinal axis of the support device (7) and thus a raising or lowering of the mass (1) is effected,
  • a pressure regulation and control unit (7.11) (7.12) for adjusting the gas / air pressure.
  • Such a support spring device can be used for many purposes.
  • a counter pendulum (5) acting on the mass from below for example.
  • This counter pendulum is designed and implemented as a support device (7) or at least as an air spring unit (7.1).
  • an air spring unit (7.1) in the form of an air-filled elastic bellows, or a package of stacked elastic bellows (7.1.1), or as a pneumatic cylinder (7.1 .2) is possible. But a spring unit made of steel bellows can also be used.
  • a corresponding air spring is used which is connected to an air or gas volume and can be compressed by supplying gas / air. If the air volume is large enough compared to the volume of the air suspension unit, the compression of the air no longer has any noteworthy influence.
  • the quotient of (V1 + V2) / V1 approaches the number 1, so that the compression of the air has little or no influence on the existing stiffness of the support spring.
  • the gas storage tank (7.5) is integrated in the lower pendulum rod.
  • a separate additional tank, oscillating or stationary can also be used to accommodate the volume of air. This must then be connected to the air suspension unit (7.1) with a suitable pipe. In the case of a resonant storage tank, this can be a fixed pipeline. A flexible hose (7.10) is required for a separately attached storage tank.
  • the mass tends to evade the force, which in turn results in a circular movement of the pendulum and thus an undesired increase in frequency. It is therefore advantageous to keep the first pendulum rod (4) significantly shorter or longer than the second pendulum rod (5).
  • the pendulum restoring force of the first pendulum rod is thus greater than the transverse component produced by the force of the second pendulum rod, so that a linear oscillating movement is achieved again. It has now been shown that it is advantageous, for example, to make the second pendulum rod (5) with the support device (7) longer than the upper pendulum rod (4) by a factor of about 1.5-2. But it is also possible to make the second pendulum rod (5) correspondingly shorter.
  • the natural frequency of the system is reduced by raising or relieving the mass via the gas pressure. If the bellows is depressurized, the frequency of the first (short) pendulum (4) is reached. With a pendulum length of 0.8 m (4.1), for example, the unpressurized frequency of the system is approx. 0.56 Hz. This frequency can be reduced by forcing gas (air) into the system. For example, at a pressure with the effect of about 70% of the weight of the pendulum, a frequency of 0.1 HZ can be achieved. The frequency can also be influenced by the pendulum length (4.1). The system can thus be used as a frequency-adaptive damper.
  • the support device (7) e.g. with the pneumatic cylinder (7.2)
  • the oscillation system can be adjusted in terms of frequency to both higher and lower values.
  • Fiq. 1 (ae) shows different embodiments of the invention, each having a (first) upper pendulum rod, as well as a second (lower) pendulum rod (5), the support device being designed as part of the second (lower) pendulum rod, and either an air spring unit ( 7.1) in the form of an elastic bellows (7.1 .1) or roll bellows (7.1.2), or alternatively a pneumatic cylinder (7.2).
  • Fig. 1 (a) shows a side view of the pendulum vibration damper according to the invention.
  • the oscillating mass (1) is on an upper first pendulum rod.
  • the joint (4.3) (5.2) connects the first pendulum rod with a second lower pendulum rod (5) with the length (5.1).
  • the oscillating mass (1) is designed on its underside in such a way that it not only encloses the upper part of the support spring unit (7), but also leaves enough free space (8) that these pendulum movements can join in without bumping into it.
  • a corresponding hole or recess can be provided in the mass; however, the mass can also be assembled from correspondingly shaped and arranged individual elements around the free space (8).
  • the upper pendulum rod (4) with the length (4.1) has an upper joint (4.2) via which it is connected to the carrier unit of the system (not shown).
  • the upper joint is a cardan joint into which a rotary damper (3) is also integrated.
  • a damper joint is known, for example, from WO 2019/201471.
  • simple and undamped joints such as ball joints can also be used (FIG. 2).
  • the upper pendulum is formed by the length between the axes of rotation of the universal joint and the center of gravity (2) of the mass (1), which is preferably located in the vicinity of the joint (4.3) (5.2) or is identical to it.
  • the lower pendulum rod (5) with the length (5.1) is represented by the support device (7).
  • the support device comprises an air spring unit (7.1) with an integrated gas-air container (7.5) in which there is a gas / air mixture (7.6) (7.6.1).
  • the container (7.5) is tapered in the upper part (7.5.1) so that this part can be inserted more or less deeply into the free space (8) of the mass (1) and is freely movable there together with the pendulum rod (5).
  • the pendulum rod (5) ends in the upper part with the joint (5.2) (4.3). The position of this joint should ideally be in the center of gravity (2) of the mass.
  • the support device (7) as an integral part of the lower pendulum rod (5) has a further joint at the lower end, preferably a ball joint, which establishes the connection to the structure to be damped or to the support element (6) of the structure.
  • a further joint at the lower end preferably a ball joint, which establishes the connection to the structure to be damped or to the support element (6) of the structure.
  • the connection to the carrier unit is not shown here.
  • the drawing also shows the different lengths (4.1) (5.1) of the pendulum rods (4) and (5).
  • Fiq. 1 (b) shows a side view rotated by 90 ° of the embodiment of FIG. 1 (a).
  • a support arrangement or a support frame (6) is shown here, which is connected to the complete pendulum vibration absorber according to the invention via the joints (4.2) and (5.3).
  • Fig. 1 (b1) shows a top view of Fig. 1 (b), namely a cardan joint with connection to a support structure (6), the cardan joint being equipped with two rotary damper units (3) which are offset from one another at a 90 ° angle .
  • Fig. 1 (c) (c1) shows further details of the support device (7) according to the invention from Fig. 1 (a).
  • the component is composed of the container or reservoir (7.5) for receiving a gas or air volume (7.6) via an inlet / outlet device (7.10).
  • the container (7.5) is divided into an upper, narrower container part (7.5.1) with a corresponding volume (7.6.1) and a larger lower container part (7.5) with the volume (7.6). Both container parts are connected to one another in terms of pressure via a gas passage (7.7.1). It is also possible to use a single continuous but upwardly tapered container instead of dividing it into an upper small and a lower larger compartment in order to have sufficient space in the free space (8) in the area of the mass (1).
  • the air spring unit (7.1) is arranged, which through a lower gas passage (7.7) (7.7.2) with the container (7.5) or via an upper gas passage (7.7) (7.7.1) with the additional container (7.5.1) is in pressure connection.
  • the air spring unit (7.1) in this variant comprises three elastic bellows (7.1.1), which expand or compress in the vertical direction when the pressure changes in the containers (7.5) (7.5.1) and thus cause the weight of the above on the pendulum rod (4) positioned and attached mass (1) (not shown here) changes accordingly.
  • the lower end of the support device (7) in turn has a ball joint (5.3) which is connected to the carrier structure of the vibration system, not shown here.
  • the support device (7) designed as a support spring unit also has a guide rod (7.4) in this embodiment, which is used to give the component sufficient stability, since it would otherwise buckle in the area of the bellows under load.
  • the guide rod (7.4) is preferably guided in slide bearings (7.3) (7.7), with an upper slide bearing (7.3.1) between the lower container (7.5) and the upper container (7.5.1) and a lower slide bearing (7.3 .2) between air suspension unit (7.1.1) and lower container (7.5) is used.
  • the air connection (7.10) can be connected to any position of the air-filled or gas-filled space (7.6) (7.6.1). It is advantageous to attach this in the lower area of the support spring unit, in which there is little movement. At the same time, a hose or a pipe connection can be used to connect another container to increase the volume.
  • a further inlet / outlet device (7.10) is provided at the lower end of the support spring unit, which has a control unit (7.11). In the simplest case this is a control valve.
  • the support spring unit described here works in such a way that by vertically changing the volume of the elastic bellows (7.1.1), the part of the unit above with the gas / air container (7.5) (7.5.1) along the guide rod (7.4) in Direction of the joint (5.2) pressed. Since the joint (5.2), which is preferably designed as a ball joint, is here identical to the joint (4.3) of the upper first pendulum rod (4) to which the oscillating mass (1) is attached, the corresponding compressive or tensile force is applied the vibration mass (1) exercised, so that a targeted frequency adjustment can be made to the vibration system.
  • the pressure control unit for maintaining a constant air pressure can for example consist of a pressure sensor, a 3-way servo valve and a compressor. The pressure sensor continuously monitors the pressure in the container (7.5) (7.5.1).
  • the control advantageously only takes into account the maximum pressure, which always arises when the upper and lower pendulum rods are in line with one another and thus the smallest air volume in the movement sequence is used for regulation. It is also advisable to only have the adjustment carried out automatically if certain maximum or minimum limit values are exceeded or not reached.
  • the control system compares this pressure with the specified target value and opens or closes the valve accordingly in order to increase or decrease the gas pressure in the container via a compressor or via compressed air storage.
  • the specified target value is either a permanently adjustable variable or it is specified by a control unit for adaptive operation.
  • the vibration frequency of the tower is recorded by an acceleration sensor.
  • the signal is passed on to a processing unit.
  • the air pressure of the system required to achieve the respective frequencies is calculated in a previously determined frequency-pressure curve of the system.
  • the resulting signal is passed on to the pressure control valve as a setpoint.
  • Fici. 1 (d) (d1) shows another embodiment of the invention. Instead of the air spring unit (7.1) designed as an arrangement of elastic bellows (7.1.1), a roll bellows is now used
  • Fici. 1 (e) shows a further embodiment of the invention, namely a pneumatic cylinder (7.2) as part of a lower pendulum rod (5) of the pendulum vibration absorber according to the invention.
  • the upper pendulum rod (4) with the oscillating mass (1) is not shown.
  • the pendulum rod (5) has an upper joint (5.2) which is designed as a ball joint.
  • the joint is also the lower joint (4.3) of the upper pendulum rod (4).
  • the pneumatic cylinder (7.2) comprises a piston (7.2.3) which divides the cylinder space into an upper cylinder chamber (7.2.1) and a lower cylinder chamber (7.2.2).
  • the piston rod (7.2.4) is pushed vertically up or down by the corresponding gas pressure, which relieves or loads the vibration mass (1) on the pendulum rod (4) via the ball joint (5.2).
  • the pneumatic cylinder (7.2) can work in the pulling direction and in the pushing direction. Chamber 7.2.2 is acted upon for pressure, and chamber 7.1.2 is acted upon for tension.
  • Fici. 2 (ac) shows the embodiment of the vibration damper according to the invention with an air spring unit (7.1) of FIG. 1 integrated into the support structure (6) from different perspectives.
  • the joint (4.2) of the pendulum rod (4) is a simple ball joint without damping units (3).
  • the latter are built in duplicate and at a 90 ° angle to each other between the mass (1) and the support structure (6).
  • damping units are here again Rotary damper provided; however, linear dampers based on magnets, hydraulic dampers or other dampers according to the prior art can also be used.
  • Fiq. 3 (a-c) shows three different views of another embodiment of the damper according to the invention, namely a transverse pendulum damper.
  • the mass (1) is suspended here on three pendulum rods (4).
  • Each pendulum rod (4) has an upper (4.2) and a lower joint (4.3), preferably a ball joint (4.3).
  • the upper joints are used to connect the pendulum rods to the support structure (6) and to the lower joints to the mass (1) in such a way that the mass can only move horizontally when swinging.
  • the damping elements (3) are attached here between the mass (1) and the support structure (6) and, in the specific example, are again designed as rotary dampers, but they can also be other dampers of the prior art.
  • two damping elements (3) are sufficient for damping that is uniform in scope.
  • three or more such dampers can also be used.
  • FIG 4 shows four different views of another embodiment of the transversal damper according to FIG works. It is thus possible to have them attack above the mass and thus to carry them through the mass. This results in a lower height of the component, which in turn reduces the installation space required.
  • Fig. 4 (a) shows how the support spring unit (7) is passed through an opening in the mass (1).
  • the upper joint (5.2) of the pendulum rod (5) which here is identical to the support device (7), is now arranged above the vibration mass (1) and attached to a bracket (6.1), which in turn is connected to the mass.
  • the opening in the mass is designed so that it allows sufficient free space for the movement of the lower pendulum (5) or the support spring unit (7).
  • the upper pendulum rods (4) have a significantly smaller length (4.1) compared to the length (5.1) of the lower pendulum rod (5).
  • FIG. 4 (b) shows a side view of the vibration damper according to the invention according to FIG. 4 (a).
  • a rotary damper unit (3) with three rotary disks can be seen, which is attached to the mass and becomes effective when the latter is oscillating.
  • Fig. 4 (c) shows a vibration damper according to Fig. 4 (a) in section.
  • FIG. 4 (d) shows the component according to FIG. 4 (c) in a perspective view.
  • the support device (7) each comprises a device according to the invention Air suspension element (7.1). It is intended, however, to use the same embodiments as shown and described, but with a pneumatic cylinder (7.2) according to FIG. 1 (e).
  • Fig. 5 shows a pendulum vibration damper according to the invention with a pneumatic cylinder (7.2) as the core of the support device (7).
  • Fig. 1 (e) which shows only the second (lower) pendulum rod (5) with the pneumatic cylinder (7.2)
  • the second pendulum rod (5) with a corresponding pneumatic cylinder (7.2) provided as the upper pendulum rod (5) and the first pendulum rod (4) with the vibration mass (1) as the lower pendulum rod (4).
  • a ball or cardan joint (4.2) with a rotation damping element (3) is accordingly arranged at the lower end of the support structure (6), while a freely movable joint (5.3) now closes the support device at the top and is connected there to the support structure.
  • the shape and arrangement of the vibration mass (1) on the pendulum rod (4) in relation to the arrangement of the pendulum rod (5) corresponds approximately to the corresponding part of FIG. 4.
  • FIG. 6 shows in principle the same arrangement of a pendulum according to the invention

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

The invention relates to a new type of tuned mass damper which is suitable in particular for damping oscillations of a low frequency, and can thus be used preferably as a construction damper when building or siting high, narrow structures, such as wind-turbine towers. The invention relates in particular to a pendulum oscillation damper having a first pendulum, to which the mass is attached, and a second pendulum, which is formed by a spring-like support device of a different design and is operated using a gas-air volume such that, with the aid thereof, the frequency of the oscillation system can be adapted and adjusted.

Description

Adaptiver Schwingungstilger zur Dämpfung niedriger Erregerfrequenzen Adaptive vibration damper for damping low excitation frequencies
Die Erfindung betrifft einen neuartigen frequenzadaptierbaren Schwingungstilger, der insbesondere zur Dämpfung von unterschiedlichen Schwingungen < 2 Hz, insbesondere <The invention relates to a novel frequency-adaptable vibration damper, which is used in particular for damping different vibrations <2 Hz, in particular <
1 Hz, vorzugsweise < 0.5Hz geeignet ist, und somit vorzugsweise als Errichtungstilger beim Bau oder Aufstellen von hohen schlanken Strukturen, wie Türmen von Windkraftanlagen, aber auch als dauerhafter Tilger zum Einsatz kommen kann.. 1 Hz, preferably <0.5Hz, and thus preferably as a construction damper when building or erecting tall, slim structures, such as wind turbine towers, but also as a permanent damper.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Pendelschwingungstilger mit einem ersten Pendel an dem eine Schwingungsmasse befestigt ist und einem zweiten Pendel, welches von einer federartigen Stützvorrichtung unterschiedlicher Ausführung gebildet wird und mit einem Gas- Luftvolumen in der Weise betrieben wird, dass mit deren Hilfe auf die Gewichtskraft der Masse Einfluss genommen und somit die Frequenz des Schwingungssystem angepasst und eingestellt werden kann. The invention relates in particular to a pendulum vibration damper with a first pendulum to which a vibration mass is attached and a second pendulum, which is formed by a spring-like support device of different designs and is operated with a gas-air volume in such a way that with their help on the weight of the Mass influenced and thus the frequency of the vibration system can be adapted and set.
Hohe schlanke Strukturen sind gewöhnlich unterschiedlichen Kräften ausgesetzt, welche unterschiedliche Schwingungszustände hervorrufen, wodurch unterschiedliche Frequenzen gedämpft werden müssen. Dies ist insbesondere bei der Errichtung einer hohen schlanken Struktur der Fall. Der Bau einer hohen schlanken Struktur, wie beispielsweise eine aus Turm, Gondel und Rotorblätter bestehenden Windkraftanlage kann sich leicht über einen längeren Zeitraum hinziehen, so dass wetterbedingte oder aus anderen Gründen auftretende Erregungszustände zu unerwünschten Schwingungen der im Bau befindlichen Anlage führen können. Tall, slim structures are usually exposed to different forces, which cause different vibrational states, whereby different frequencies have to be damped. This is especially the case when erecting a tall, slim structure. The construction of a tall, slim structure, such as a wind power plant consisting of a tower, nacelle and rotor blades, can easily drag on over a longer period of time, so that weather-related or other excitation conditions can lead to undesirable vibrations in the plant under construction.
So hat zum Beispiel der Turm einer Windkraftanlage alleine eine Eigenfrequenz bis ca. 0,6 Hz. Eine komplett errichtete Windkraftanlage hat dagegen Eigenfrequenzen von nur noch weniger als 0,15 Hz. Solche niedrigen Frequenzen können mit üblich Pendel- Schwingungstilgern mit ihren schweren Massen und üblichen Längen der Pendelseile- oder Pendelstangen in der Regel nicht oder nur mit großem Aufwand erreicht werden. . For example, the tower of a wind power plant alone has a natural frequency of up to approx. 0.6 Hz. A completely built wind power plant, on the other hand, has natural frequencies of less than 0.15 Hz The usual lengths of the pendulum ropes or pendulum rods can usually not be achieved or can only be achieved with great effort. .
Zum Erreichen von kleinen Frequenzen gibt es die Möglichkeit, eine Masse zwischen radial angeordneten Federn hin und her rollen zu lassen. Dies ist mit einem Rollwagen in eine Richtung- und in zwei Richtungen mit Kugelrollen möglich. Allerdings muss dazu die Steifigkeit der radialen Federn geändert bzw. angepasst werden, was mit einigem Aufwand verbunden ist. Verwendet man hingegen bei einem Schwingungstilger ein konventionelles Pendel so würde die erforderliche Pendellänge zum Erreichen von Frequenzen kleiner als 0,15 Hz bereits mehr als 11 m betragen, was in der Praxis nur mit großem Aufwand und Platzbedarf zu realisieren ist. Eine weitere Möglichkeit, derart niedrige Frequenzen bei Schwingungsdämpfern anzusprechen, ist die Verwendung von Impulsdämpfern. Diese benötigen jedoch etwa die dreifache Masse wie Pendeltilger und müssen zum Erreichen der kleinen Frequenzen auf Laufrollen bewegt werden, was den Einsatz von verschleißanfälligen Kugelrollen nötig machen würde. Außerdem muss ein solcher Impulstilger für diese kleinen Frequenzen exakt in der horizontalen ausgerichtet werden, was in der Praxis nur bedingt möglich ist, da eine Schiefstellung, welche die Funktion erheblich stören würde, nicht immer vermieden werden kann. Da bei kleinen Frequenzen nur kleine Beschleunigungen erreicht werden bzw. vorliegen, kann die Schwingung mit einem Impulsdämpfer nicht so weit reduziert werden, wie das mit Pendeltilgern üblicherweise der Fall ist. To achieve low frequencies, there is the possibility of rolling a mass back and forth between radially arranged springs. This is possible with a trolley in one direction and in two directions with ball transfer units. However, to do this, the rigidity of the radial springs has to be changed or adapted, which is associated with some effort. If, on the other hand, a conventional pendulum is used with a vibration damper, the pendulum length required to achieve frequencies less than 0.15 Hz would already be more than 11 m, which in practice can only be achieved with great effort and space requirements. Another way of addressing such low frequencies in vibration dampers is to use pulse dampers. However, these require about three times the mass of pendulum absorbers and have to be moved on rollers to achieve the low frequencies, which would make the use of wear-prone ball rollers necessary. In addition, such a pulse damper has to be aligned exactly in the horizontal plane for these small frequencies, which is only possible to a limited extent in practice, since a misalignment, which would significantly disrupt the function, cannot always be avoided. Since only small accelerations are achieved or are present at low frequencies, the oscillation cannot be reduced as much with a pulse damper as is usually the case with pendulum absorbers.
Es bestand somit die Aufgabe, einen Schwingungstilger für ausreichend große Massen aber mit möglichst kleinem Schwingungswegen bereitzustellen, welcher in der Lage ist, veränderliche niedrige Frequenzen unter 2 Hz, vorzugsweise unter 0,5 Hz anzusprechen und zu dämpfen. The object was therefore to provide a vibration damper for sufficiently large masses but with the smallest possible vibration paths, which is capable of addressing and damping variable low frequencies below 2 Hz, preferably below 0.5 Hz.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Die Aufgabe wurde gelöst durch die Bereitstellung eines Pendel-Schwingungstilgers, bei dem erfindungsgemäß die Gewichtskraft der Pendelmasse während der Pendelbewegung durch ein eigens entwickeltes Stützfederelement objektiv oder relativ vermindert oder erhöht und somit gezielt an die Eigenfrequenz des Schwingungssystems angepasst werden kann. The object was achieved by providing a pendulum vibration damper in which, according to the invention, the weight of the pendulum mass during the pendulum movement can be objectively or relatively reduced or increased by a specially developed support spring element and thus specifically adapted to the natural frequency of the vibration system.
Ein Pendel funktioniert aufgrund der einwirkenden Schwerkraft auf die Masse. Je höher die durch die Schwerkraft bedingte Gewichtskraft ist, umso höher ist -bei gleicher Pendellänge- die Eigenfrequenz. Ebenso ist bei gleicher Masse (Gewichtskraft) die Frequenz umso höher, je kürzer die Pendellänge ist. Um die Gewichtskraft einer bestimmten Pendelmasse zu reduzieren, ist es erforderlich, die Masse kontinuierlich über den gesamten Schwingweg mit nur minimalem Einfluss sonstiger Kräfte anzuheben, um das Gewicht zu entlasten. Damit kann eine selektive Absenkung der Eigenfrequenz des Schwingungssystems erreicht werden. Dies geschieht erfindungsgemäß durch ein von unten oder ggf. von oben auf die Pendel- Masse einwirkendes Gegenpendel, wie im Folgenden beschrieben. Umgekehrt ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Pendel-Schwingungstilger bei Bedarf auch möglich, die Gewichtskraft der Pendel-Schwingungsmasse zu erhöhen, um so die Eigenfrequenz des Schwingungssystems gezielt anzuheben. A pendulum works due to the force of gravity acting on the mass. The higher the weight caused by gravity, the higher - with the same pendulum length - the natural frequency. Likewise, with the same mass (weight force), the shorter the pendulum length, the higher the frequency. In order to reduce the weight of a certain pendulum mass, it is necessary to raise the mass continuously over the entire oscillation path with only minimal influence of other forces in order to relieve the weight. A selective lowering of the natural frequency of the vibration system can thus be achieved. According to the invention, this is done by a counter pendulum acting on the pendulum mass from below or possibly from above, as described below. Conversely, with the aid of the pendulum vibration damper according to the invention, it is also possible, if necessary, to increase the weight of the pendulum vibration mass in order to increase the natural frequency of the vibration system in a targeted manner.
Der erfindungsgemäß Pendel-Schwingungstilger lässt sich also steuerbar auf die jeweilige Eigenfrequenz des Schwingungssystems einstellen, insbesondere bei hohen schlanken Strukturen, wobei insbesondere Frequenzen von < 2Hz, beispielsweise zwischen 0,15 bis 1 .5 Hz von Bedeutung sind. The pendulum vibration damper according to the invention can therefore be set in a controllable manner to the respective natural frequency of the vibration system, in particular in the case of high, slim ones Structures, where in particular frequencies of <2 Hz, for example between 0.15 to 1.5 Hz, are important.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein adaptiver Pendel-Schwingungstilger zur anpassbaren Dämpfung von auftretenden Schwingungen niedriger Frequenzen < 2 Hz, vorzugsweise < 1.5 Hz, in hohen schlanke Strukturen, umfassend The subject matter of the invention is thus an adaptive pendulum vibration damper for adaptable damping of vibrations that occur at low frequencies <2 Hz, preferably <1.5 Hz, in tall, slim structures
(i) mindestens eine im betriebsfreien Zustand senkrecht angeordnete erste Pendelstange (4) mit einer Länge (4.1), welche mit ihrem einen Ende über ein Gelenk (4.2) unmittelbar oder über ein Trägerelement (6) mit der zu dämpfenden Struktur verbunden ist, (i) at least one first pendulum rod (4) with a length (4.1), which is vertically arranged in the non-operational state and which is connected at one end to the structure to be damped via a joint (4.2) directly or via a support element (6),
(ii) mindestens eine im betriebsfreien Zustand senkrecht angeordnete zweite Pendelstange (5) mit einer Länge (5.1), welche ganz oder teilweise unterhalb oder oberhalb der ersten Pendelstange (4) angeordnet und mit ihrem einen Ende über ein Gelenk (5.3) unmittelbar oder über ein Trägerelement (6) mit der zu dämpfenden Struktur verbunden ist, wobei besagte erste Pendelstange (4) an ihren freien Ende (4.3) über ein gemeinsames freibewegliches Gelenk (4.3)(5.2) direkt oder indirekt mit dem freien Ende (5.2) der zweiten Pendelstange (5) verbunden ist, (ii) at least one second pendulum rod (5), which is vertically arranged in the non-operational state and has a length (5.1), which is wholly or partially arranged below or above the first pendulum rod (4) and with one end via a joint (5.3) directly or above a support element (6) is connected to the structure to be damped, said first pendulum rod (4) at its free end (4.3) via a common freely movable joint (4.3) (5.2) directly or indirectly with the free end (5.2) of the second Pendulum rod (5) is connected,
(iii) eine Schwingungsmasse (1), welche an der ersten Pendelstange (4) befestigt ist, so dass bei Krafteinwirkung auf die Masse (1) beide (iii) an oscillating mass (1) which is attached to the first pendulum rod (4) so that when a force acts on the mass (1) both
Pendelstangen (4)(5) zusammen bewegt werden, und Pendulum rods (4) (5) are moved together, and
(iv) eine Druck beaufschlagte und druckkontrollierte Stützvorrichtung (7), welche die Gewichtskraft der Schwingungsmasse (1) durch Anheben oder Absenken , bzw. (iv) a pressurized and pressure-controlled supporting device (7), which increases the weight of the vibration mass (1) by raising or lowering or
Entlasten oder Belasten zu erhöhen oder zu vermindern vermag und so gezielt Frequenzänderungen erreicht werden können, wobei die Stützvorrichtung integraler Bestandteil der zweiten Pendelstange (5) ist, bzw. die Stützvorrichtung als Pendelstange fungiert. Relief or stress can increase or decrease and thus targeted frequency changes can be achieved, the support device being an integral part of the second pendulum rod (5), or the support device functions as a pendulum rod.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Stützvorrichtung (7) durch ein unter Druck stehendes Gas- / Luftvolumen (7.6) betrieben, wobei der Druck so gewählt ist, dass er eine bestimmte Gewichtskraftänderung der Schwingungsmasse (1) bewirkt, also diese um einen bestimmten Betrag anhebt oder absenkt, bzw. entlastet oder belastet. Das Gas- Luftvolumen (7.6) befindet sich in einem GasVLuft-Behälter (7.5), der entweder integraler Bestandteil der Stützvorrichtung ist, oder aber, falls das verfügbare Volumen hierfür nicht ausreicht in einem separaten Behälter außerhalb der eigentlichen Stützvorrichtung (7) angebracht ist. In dem letzteren Fall ist der separate Behälter durch entsprechende Leitungen / Schläuche (7.10)(7.14)(7.15)(7.17)(7.18) mit der eigentlichen Stützvorrichtung (7) verbunden. Erfindungsgemäß ist die Stützvorrichtung vorzugsweise eine Luftfederelement (7.1) oder eine Pneumatik-Zylinder (7.2), wobei der Pneumatik-Zylinder hier wie eine Luftfeder wirkt.In a preferred embodiment of the invention, the support device (7) is operated by a pressurized gas / air volume (7.6), the pressure being selected so that it causes a certain change in weight of the vibration mass (1), i.e. by a certain one Amount increases or decreases, or relieved or debited. The gas / air volume (7.6) is located in a gas / air container (7.5) which is either an integral part of the support device or, if the available volume is insufficient for this, in a separate container outside the actual support device (7). In the latter case, the separate container is connected to the actual support device (7) by means of corresponding lines / hoses (7.10) (7.14) (7.15) (7.17) (7.18). According to the invention, the support device is preferably an air spring element (7.1) or a pneumatic cylinder (7.2), the pneumatic cylinder here acting like an air spring.
Die Luftfedereinheit (7.1) kann ein elastischer Balg (7.1.1) bzw. eine Anordnung von mehreren übereinander gestapelten elastischen Bälgen mit vorzugsweise kleinem Querschnitt, oder aber ein Roll-Balg (7.1.2) sein. The air spring unit (7.1) can be an elastic bellows (7.1.1) or an arrangement of several elastic bellows stacked one on top of the other, preferably with a small cross section, or a roll bellows (7.1.2).
Vorzugsweise wird die Luftfedereinheit (7.1) durch einen Pneumatik-Zylinder (7.2) mit einem separaten Gas-/Luftvolumen / - Behälter (7.6)(7.5) repräsentiert. The air spring unit (7.1) is preferably represented by a pneumatic cylinder (7.2) with a separate gas / air volume / container (7.6) (7.5).
Generell ist es vorteilhaft, das gesamte Gasvolumen (7.6) so ausreichend groß zu wählen, dass bei Betrieb des Schwingungstilgers maximal 10%, vorzugsweise nicht mehr als 5 - 8% des gesamten verfügbaren Volumens durch die die Stützvorrichtung bei einer Pendelbewegung verdrängt bzw. verschoben werden. Je weniger Volumen (7.6) während des Betriebes verschoben wird, umso besser ist dies für die Funktion des Schwingungstilgers bzw. für die selektive Frequenzanpassung. Es ist für die Wirkung des Tilgers also förderlich, wenn das Volumen im Gasbehälter (7.5) möglichst groß ist im Vergleich zum verdrängten Volumen durch die Stützvorrichtung (7). Als Behälter (7.5) ist hierbei der gesamte Raum, den das Gas (7.6) einnimmt, zu verstehen, also in der eigentlichen Stützvorrichtung selbst, sowie ggf. in einem davon separaten Behälter. In general, it is advantageous to choose the total gas volume (7.6) sufficiently large that a maximum of 10%, preferably not more than 5-8% of the total available volume is displaced or shifted by the support device during a pendulum movement when the vibration damper is in operation . The less volume (7.6) is shifted during operation, the better it is for the function of the vibration absorber or for the selective frequency adjustment. It is therefore beneficial for the action of the absorber if the volume in the gas container (7.5) is as large as possible compared to the volume displaced by the support device (7). The container (7.5) here is to be understood as the entire space occupied by the gas (7.6), that is to say in the actual support device itself, and possibly in a container that is separate from it.
Im Falle eines elastischen Balges als Luftfedereinheit (7.1) kann es daher vorteilhaft sein, wenn bei Pendelbewegung des Tilgers die Luftfedereinheit mehrere, beispielsweise eine Anordnung von drei bis zehn, aufeinander gestapelten elastischen Bälgen (7.1.1) umfasst, deren Querschnitt möglichst klein im Verhältnis zum gesamten Gasvolumen (7.6) ist. Gegebenenfalls kann zu diesem Zweck noch ein Zusatzbehälter außerhalb der Stützfedereinheit (7) vorgesehen sein, um zur relativen Verringerung des verdrängten Volumens zum Gesamtvolumen beizutragen. In the case of an elastic bellows as the air spring unit (7.1), it can therefore be advantageous if, when the absorber oscillates, the air spring unit comprises several, for example an arrangement of three to ten, elastic bellows (7.1.1) stacked on top of one another, the cross-section of which is as small as possible in proportion to the total gas volume (7.6). If necessary, an additional container can be provided outside the support spring unit (7) for this purpose in order to contribute to the relative reduction of the displaced volume in relation to the total volume.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der erfindungsgemäße Pendel- Schwingungstilger eine Druckregeleinheit (7.11), die ggf. automatisch und mit entsprechenden Sensoren ausgerüstet, betrieben wird, wodurch Druckschwankungen, die durch geänderte äußere Bedingungen während des Betriebes verursacht werden, durch Erhöhung oder Absenkung des Gas/- Luftdruckes (7.6) im Behälter (7.5) durch Gas- / Luftzufuhr oder Auslass über entsprechende Anschlüsse (7.10) ausgeglichen werden können. Damit kann die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers bzw. des Schwingungssystems an die geänderten Bedingungen angepasst werden. Dabei ist es sinnvoll, eine automatische Anpassung des Druckes durch das System nur dann durchführen zu lassen, wenn ein bestimmter voreingestellter Maximal- oder Minimaldruck überschritten wird. Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Längen (4.1 )(5.1 ) der beiden miteinander verbundenen Pendelstangen (4)(5) unterschiedlich sind. Vorzugsweise ist dabei die Länge (4.1) der mindestens einen ersten, beispielsweise oberen, Pendelstange (4) kleiner ist als die Länge (5.1) des zweiten, beispielsweise unteren, Pendelstange (5), bzw. der Stützvorrichtung (7). Vorzugsweise ist also die zweite (untere) Pendelstange (5), bzw. die Stützvorrichtung (7) oder die Stützfedereinheit (7.1), 1.5- bis 2-fach, oder 50 - 100% länger sein als die mindestens eine erste Pendelstange (4). In an advantageous embodiment of the invention, the pendulum vibration damper according to the invention comprises a pressure control unit (7.11), which is optionally operated automatically and equipped with appropriate sensors, whereby pressure fluctuations caused by changed external conditions during operation are caused by increasing or decreasing the Gas / air pressure (7.6) in the container (7.5) can be compensated for by gas / air supply or outlet via corresponding connections (7.10). In this way, the natural frequency of the vibration absorber or the vibration system can be adapted to the changed conditions. It makes sense to have the system only automatically adjust the pressure if a certain preset maximum or minimum pressure is exceeded. It has been shown to be advantageous if the lengths (4.1) (5.1) of the two interconnected pendulum rods (4) (5) are different. The length (4.1) of the at least one first, for example upper, pendulum rod (4) is preferably smaller than the length (5.1) of the second, for example lower, pendulum rod (5) or the support device (7). The second (lower) pendulum rod (5), or the support device (7) or the support spring unit (7.1) is preferably 1.5 to 2 times, or 50-100% longer than the at least one first pendulum rod (4) .
In einer Ausführungsform der Erfindung stellt die mindestens erste Pendelstange (4) ganz oder teilweise ein oberes Pendel und die mindestens zweite Pendelstange (5) ganz oder teilweise ein unteres Pendel dar, und beide Pendelstangen sind über ein gemeinsames Gelenk (4.3)/(5.2) miteinander verbunden. In one embodiment of the invention, the at least first pendulum rod (4) completely or partially represents an upper pendulum and the at least second pendulum rod (5) completely or partially represents a lower pendulum, and both pendulum rods are connected via a common joint (4.3) / (5.2) connected with each other.
Alternativ stellt die mindestens erste Pendelstange (4) ganz oder teilweise ein unteres Pendel, und die mindestens zweite Pendelstange (5) ganz oder teilweise ein oberes Pendel dar, und beide Pendelstangen sind über ein gemeinsames Gelenk (5.2)/(4.3) miteinander verbunden. Alternatively, the at least first pendulum rod (4) completely or partially represents a lower pendulum, and the at least second pendulum rod (5) completely or partially represents an upper pendulum, and both pendulum rods are connected to one another via a common joint (5.2) / (4.3).
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass der erfindungsgemäße Pendel-Schwingungstilger sich besonders gut und selektiv an eine niedrige Frequenz adaptieren lässt, wenn die Schwingungsmasse (1) an der Pendelstange (4) so positioniert ist, dass sich der Schwerpunkt der Masse (2) in der Nähe des Gelenkes (4.3)(5.2) befindet oder mit dessen Position zusammenfällt. It has also been shown that the pendulum vibration damper according to the invention can be adapted particularly well and selectively to a low frequency if the vibration mass (1) is positioned on the pendulum rod (4) in such a way that the center of gravity of the mass (2) is in near the joint (4.3) (5.2) or coincides with its position.
Vorzugsweise ist die Schwingungsmasse (1) so gestaltet, dass die Stützvorrichtung (7), bzw. die Luftfedereinheit / Stützfedereinheit (7.1 ) zumindest teilweise von der Schwingungsmasse unter Erhaltung der freien Beweglichkeit der zweiten Pendelstange (5)(5.1) umgeben ist. Dies kann durch eine entsprechend positionierte Aussparung, bzw. einen Freiraum (8) an der Schwingungsmasse (1) erreicht werden, in welche die Stützvorrichtung (7) zumindest mit ihrem oberen Teil soweit hineinragt, dass, wie oben erwähnt, das Gelenk (5.2)(4.3) der Pendelstange (5)(5.1) im Bereich des Schwerpunktes (2) der Schwingungsmasse (1) positioniert ist. Um Platz zu sparen, kann die Luftfedereinheit / Stützfedereinheit (7.1) an dem Ende, welches zum Gelenk (5.2) gerichtet ist, verjüngt sein, so dass sie in eine kleinere Aussparung (8) in der Schwingungsmasse (1) gut hineinpasst. The vibration mass (1) is preferably designed in such a way that the support device (7) or the air spring unit / support spring unit (7.1) is at least partially surrounded by the vibration mass while maintaining the free mobility of the second pendulum rod (5) (5.1). This can be achieved by a correspondingly positioned recess or a free space (8) on the vibration mass (1), into which the support device (7) protrudes at least with its upper part so far that, as mentioned above, the joint (5.2) (4.3) the pendulum rod (5) (5.1) is positioned in the area of the center of gravity (2) of the vibration mass (1). In order to save space, the air spring unit / support spring unit (7.1) can be tapered at the end which is directed towards the joint (5.2) so that it fits well into a smaller recess (8) in the vibration mass (1).
Im Folgenden wird der Begriff Stützfedereinheit synonym für die Luftfedereinheit (7.1) verwendet.: In the following, the term support spring unit is used synonymously for the air spring unit (7.1):
Die Erfindung betrifft auch einen vorzugsweise zweidimensional wirksamen, adaptiven Pendel-Schwingungstilger für hohe schlanke Strukturen, beispielsweise Türme von Windkraftanlagen, zur Dämpfung von auftretenden Schwingungen kleiner Frequenzen, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 1 ,5 Hz, vorzugsweise 0.1 bis 1.0 Hz, weicher folgende Elemente insbesondere umfasst: The invention also relates to a preferably two-dimensionally effective, adaptive pendulum vibration damper for tall, slim structures, for example towers of wind turbines, for damping vibrations of low frequencies that occur. in particular in the range from 0.1 to 1.5 Hz, preferably 0.1 to 1.0 Hz, which includes the following elements in particular:
(i) eine Schwingungsmasse (1) (i) a vibration mass (1)
(ii) mindestens eine im betriebsfreien Zustand senkrecht angebrachte erste, vorzugsweise obere Pendelstange (4)(4.1) mit einem oberen gelenkigen Befestigungspunkt (4.2) und einem unteren Befestigungspunkt (4.3), an dem die Schwingungsmasse (1) je nach Ausführungsform starr oder ggf. gelenkig angebracht ist, (ii) at least one first, preferably upper, pendulum rod (4) (4.1) attached vertically in the non-operational state with an upper articulated fastening point (4.2) and a lower fastening point (4.3), at which the vibration mass (1) is rigid or, depending on the embodiment, if necessary . is articulated,
(iii) optional ein mindestens eine Dämpfungseinheit (3), beispielsweise ein elastischer, pneumatischer hydraulischer, oder magnetischer Dämpfer, und (iii) optionally at least one damping unit (3), for example an elastic, pneumatic, hydraulic, or magnetic damper, and
(iv) mindestens eine als Stützfedereinheit (7.1) ausgebildete Stützvorrichtung (7), welche Bestandteil einer zweiten, vorzugsweise unteren Pendelstange (5)(5.1) ist und mit der Schwingungsmasse (1) an der ersten Pendelstange funktionell in Verbindung steht und ganz oder teilweise unterhalb der Masse (1) angeordnet ist, wobei die beiden Pendelstangen über ein gemeinsames Gelenk (4.3)(5.2) miteinander verbunden sind. (iv) at least one support device (7) designed as a support spring unit (7.1), which is part of a second, preferably lower pendulum rod (5) (5.1) and is functionally connected to the oscillating mass (1) on the first pendulum rod and is wholly or partially connected is arranged below the mass (1), the two pendulum rods being connected to one another via a common joint (4.3) (5.2).
In dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst die Stützfedereinheit (7.1) folgende Elemente: {a} einen integrierten druckfesten Gas- oder Luft-Behälter oder -Speicher (7.5) zur Aufnahme eines Gas- / oder Luftvolumens (7.6) mit einer Ein-/Auslassvorrichtung (7.10); (b) ein elastischer Balg (7.1 .2) oder eine Anordnung übereinandergestapelten elastischen Bälgen zur Erzeugung einer Hubkraft oder ggf. Senkkraft , welche mit dem Gasvolumen (7.6) in Verbindung steht und entsprechend des voreingestellten Gasdruckes ihre Steifigkeit und Größe ändert, wobei der Gasdruck im Behälter (7.5) und in der Luftfedereinheit so eingestellt ist, dass die Schwingungsmasse (1) im Vergleich zum druckfreien oder druckreduzierten Zustand beispielsweise durch Erhöhung des Luftdruckes und damit der Hubkraft der Luftfedereinheit (7.1) in vertikal, bzw. in Richtung der Schwingungsmasse (1) entlastet wird, wodurch sich deren Gewichtskraft abhängig in Abhängigkeit vom voreingestellten Druck verringert, und c} ein oberes freibewegliches Gelenk (5.2). In this embodiment of the invention, the support spring unit (7.1) comprises the following elements: {a} an integrated pressure-resistant gas or air container or storage (7.5) for receiving a gas / or air volume (7.6) with an inlet / outlet device ( 7.10); (b) an elastic bellows (7.1 .2) or an arrangement of elastic bellows stacked on top of one another to generate a lifting force or, if necessary, a lowering force, which is connected to the gas volume (7.6) and changes its rigidity and size according to the preset gas pressure, whereby the gas pressure in the container (7.5) and in the air suspension unit is set so that the vibration mass (1) compared to the pressure-free or pressure-reduced state, for example by increasing the air pressure and thus the lifting force of the air suspension unit (7.1) vertically or in the direction of the vibration mass ( 1) is relieved, whereby its weight is reduced depending on the preset pressure, and c} an upper freely movable joint (5.2).
Diese Gelenk stellt im Prinzip das obere Gelenk der in dieser Ausführungsform unteren Pendelstange dar, die hier durch das Stützfedereinheit (7.1) repräsentiert wird, und ist andrerseits identisch mit dem Gelenk (4.3) der hier oberen Pendelstange (4). Die beiden Pendelstangen sind also auch hier durch ein gemeinsames freibewegliches Gelenk (4.3)(5.2) miteinander verbunden. In principle, this joint represents the upper joint of the lower pendulum rod in this embodiment, which is represented here by the support spring unit (7.1), and is on the other hand identical to the joint (4.3) of the upper pendulum rod (4) here. The two pendulum rods are also connected to one another here by a common freely movable joint (4.3) (5.2).
Die Stützvorrichtung (7) bzw. die Stützfedereinheit (7.1), bzw. die hier untere Pendelstange (5) besitzt weiterhin ein unteres Gelenk (5.3), welches mit einem Trägerelement (6) der hohen und schlanken Struktur verbunden ist. Diese Gelenk (5.3) kann als Kugelgelenk oder auch als Kardangelenk ausgebildet sein. Die Stützfedereinheit (7) stellt in dieser Ausführungsform somit funktionell eine zweite Pendelstange (5)(5.1 ) dar, welche mit der ersten Pendelstange (4)(4.1), an der die Masse (1) befestigt ist, mitbewegt wird. Der erfindungsgemäße Pendel-Schwingungstilger umfasst in dieser Ausführungsform also mindestens eine erste obere starre Pendelstange (4) an welcher die Masse (1) befestigt ist und eine im Wesentlichen unterhalb der Masse (1) wirkende zweite untere Pendelstange (5) in Form der genannten, eine Hubkraft erzeugende Stützfedereinheit (7), die zusammen mit der schwingenden Masse (1) mitgeführt und bewegt wird. The support device (7) or the support spring unit (7.1) or the lower pendulum rod (5) here also has a lower joint (5.3) which is connected to a carrier element (6) of the tall and slim structure. This joint (5.3) can be designed as a ball joint or as a cardan joint. In this embodiment, the support spring unit (7) functionally represents a second pendulum rod (5) (5.1) which is moved along with the first pendulum rod (4) (4.1) to which the mass (1) is attached. In this embodiment, the pendulum vibration damper according to the invention comprises at least one first upper rigid pendulum rod (4) to which the mass (1) is attached and a second lower pendulum rod (5) in the form of the above-mentioned, a lifting force generating support spring unit (7) which is carried along with the oscillating mass (1) and moved.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erfindungsgemäße Schwingungstilger als Transversal-Pendeltilger ausgebildet. Ein derartiger Schwingungstilger weist, sofern er zweidimensional wirksam sein soll, drei oder mehrere erste obere oder untere Pendelstangen (4) auf, an denen die Schwingungsmasse (1) im Bereich des jeweils unteren oder oberen Gelenks (4.3) aufgehängt ist, und die Masse (1) mit der zweiten unteren oder oberen Pendelstange (5), mit der Luftfeder- / Stützfeder- Einheit (7), über das obere oder untere Gelenk (5.3) verbunden ist, so dass die Schwingungsmasse (1) bei der Pendelbewegung horizontal bewegbar ist. In a further embodiment of the invention, the vibration damper according to the invention is designed as a transverse pendulum damper. Such a vibration damper has, if it is to be effective two-dimensionally, three or more first upper or lower pendulum rods (4) on which the vibration mass (1) is suspended in the area of the respective lower or upper joint (4.3), and the mass ( 1) is connected to the second lower or upper pendulum rod (5), with the air spring / support spring unit (7), via the upper or lower joint (5.3), so that the oscillating mass (1) can be moved horizontally during the pendulum movement .
Die erfindungsgemäßen Schwingungstilger weisen vorzugsweise zusätzlich eine oder mehrere Dämpfungseinheiten (3) auf. Dabei können hydraulische, pneumatische, elastische oder auch magnetische Dämpfer zum Einsatz kommen, welche an sich im Stand der Technik bekannt sind. Im konkreten Fall haben sich Rotationsdämpfer, insbesondere magnetische Rotationsdämpfer, als besonders geeignet gezeigt . Entsprechende (magnetische) Rotationsdämpfer sind zum Beispiel in der WO 2017/036581 , in der WO 2019/154557 oder in der WO 2019/029839 beschrieben. The vibration absorbers according to the invention preferably additionally have one or more damping units (3). Hydraulic, pneumatic, elastic or also magnetic dampers can be used, which are known per se in the prior art. In the specific case, rotary dampers, in particular magnetic rotary dampers, have proven to be particularly suitable. Corresponding (magnetic) rotary dampers are described, for example, in WO 2017/036581, in WO 2019/154557 or in WO 2019/029839.
In einer oben erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Dämpfungseinheit (3) im oder am Gelenk (4.2) des Pendels (4) angebracht . Vorteilhafterweise kann hier ein Kardangelenk mit integrierter Dämpfungseinheit, wie dies in der WO 2019/201471 beschrieben ist, eingesetzt werden. In an embodiment according to the invention above, the damping unit (3) is attached in or on the joint (4.2) of the pendulum (4). A universal joint with an integrated damping unit, as described in WO 2019/201471, can advantageously be used here.
Weitere Dämpfungseinheiten (3) können in Anzahl und Stärke auch am Umfang der Schwingungsmasse in der Weise angebracht werden, dass sie Schwingungen aus allen Richtungen der horizontalen Ebene des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers dämpfen können. Bei den beschriebenen Transversal-Pendeltilgern ist das Anbringen der Dämpfungseinheiten (3) zwischen Masse (1) und Trägereinheit (6) sinnvoll. Further damping units (3) can also be attached in number and strength to the circumference of the vibration mass in such a way that they can dampen vibrations from all directions of the horizontal plane of the vibration damper according to the invention. In the case of the transversal pendulum absorbers described, it makes sense to attach the damping units (3) between the mass (1) and the carrier unit (6).
Die erfindungsgemäßen Schwingungstilger sind insbesondere vorgesehen, bei der Errichtung oder dem Rückbau der hohen schlanken Strukturen eingesetzt zu werden. Insbesondere, bei der der Errichtung von Türmen bzw. Turmsegmenten im Windkraftanlagebau treten je nach Baufortschritt Schwingungen im niedrigen Frequenzbereich von unter 2 Hz, insbesondere im Bereich zwischen 1 und 1 .5 Hz, auf. Da der Zusammenbau der Anlagen sich oft über einen längeren Zeitraum hinzieht, ist eine Schwingungsdämpfung in dieser Zeitspanne sehr sinnvoll. Nach Errichtung der vollständigen Anlage kann auf so einen Schwingungstilger dann oft verzichtet werden, auch wenn er prinzipiell im Anlagenbetrieb einsetzbar ist. The vibration absorbers according to the invention are intended, in particular, to be used when erecting or dismantling the tall, slim structures. In particular, when erecting towers or tower segments in wind power plant construction, vibrations in the low frequency range of less than 2 Hz, in particular in the range between 1 and 1.5 Hz, occur depending on the construction progress. Since the assembly of the systems often takes a longer period of time, vibration damping is very important in this period sensible. After the complete system has been set up, such a vibration damper can often be dispensed with, even if it can in principle be used in system operation.
Es wird daher vorgesehen, einen erfindungsgemäßen Schwingungstilger zur Verfügung zu stellen, welcher an einer mobilen Trägerkonstruktion (6) angebracht ist, die wiederum an einer Struktur, z.B. am Turm einer Windkraftanlage, während ihrer Errichtung oder des Rückbaus reversibel befestigt oder entfernt werden kann. Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die zu dämpfende Struktur, bzw. das entsprechende Teil oder Segment der Struktur mit einer Befestigungsvorrichtung für den erfindungsgemäßen Pendel Schwingungstilger auszustatten. In einer Ausführungsform kann diese Befestigungsvorrichtung eine einfache Einhängekonstruktion sein, welche in fester Verbindung mit der zu dämpfenden Struktur steht. It is therefore intended to provide a vibration damper according to the invention, which is attached to a mobile support structure (6), which in turn can be reversibly attached to or removed from a structure, e.g. on the tower of a wind turbine, during its erection or dismantling. For this purpose, it is proposed according to the invention to equip the structure to be damped, or the corresponding part or segment of the structure, with a fastening device for the pendulum vibration absorber according to the invention. In one embodiment, this fastening device can be a simple suspension structure which is firmly connected to the structure to be damped.
Im Kern ist also die Stützvorrichtung (7) für die Änderung der Gewichtskraft der Schwingungsmasse (1 ) verantwortlich. Die Stützvorrichtung kann in einer besonderen bereits oben umrissenen Variante als Teil des erfindungsgemäßen Pendel-Schwingungstilgers als eigenständig innovativ bezeichnet werden. In essence, the supporting device (7) is responsible for changing the weight of the oscillating mass (1). In a special variant already outlined above, the support device can be referred to as part of the pendulum vibration damper according to the invention as independently innovative.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Stützfedervorrichtung für eine Masse mit durch Gasdruck adaptierbarer Hubkraft, umfassend The subject of the invention is thus a support spring device for a mass with a lifting force adaptable by gas pressure, comprising
(a) einen ersten, ggf. gelenkigen Anbindungspunkt für eine ihrer Gewichtskraft zu verändernde Masse (1 ) und einen zweiten gegenüberliegen, ggf. gelenkigen Anbindungspunkt für eine Trägerstruktur (6); wobei zwischen den beiden Anbindungspunkten die Elemente der Merkmale (b) - (d), und oberhalb und unterhalb die Masse (1) und die Trägerstruktur (6) angeordnet sind, (a) a first, possibly articulated, connection point for a mass (1) whose weight is to be changed and a second opposite, possibly articulated, connection point for a support structure (6); wherein the elements of features (b) - (d), and above and below the mass (1) and the support structure (6) are arranged between the two connection points,
(b) mindestens einen druckfesten Behälter (7.5), welcher ein Gas- oder Luftvolumen (7.6) enthält, das durch eine Ein-/Auslassvorrichtungen (7.10) zu- oder abgeführt werden kann, wobei der Behälter vorzugsweise als Teil der Stützvorrichtung ausgebildet, (b) at least one pressure-resistant container (7.5) which contains a volume of gas or air (7.6) which can be supplied or discharged through an inlet / outlet device (7.10), the container preferably being designed as part of the support device,
(c) mindestens ein elastisches Luftfederelement (7.1 )(7.1.1 )(7.1.2) oberhalb oder unterhalb des Behälters (7.5), welches mit dem Gasvolumen im Behälter (7.5) in funktioneller Verbindung steht und entsprechend des voreingestellten Gasdruckes seine Steifigkeit und Größe ändert, wodurch eine Erhöhung oder ein Absenken und damit eine Änderung der Hubkraft des Luftfederelements entlang der Längsachse der Stützvorrichtung (7) und damit ein Anheben oder Absenken der Masse (1 ) bewirkt wird, (C) at least one elastic air spring element (7.1) (7.1.1) (7.1.2) above or below the container (7.5), which is in functional connection with the gas volume in the container (7.5) and its rigidity and stiffness according to the preset gas pressure Size changes, whereby an increase or a lowering and thus a change in the lifting force of the air spring element along the longitudinal axis of the support device (7) and thus a raising or lowering of the mass (1) is effected,
(d) eine Führungsstange (7.4) zur Führung und Halterung des Gas- / Luftbehälters (7.5) und des elastischen Luftfederelements (7.1) 7.1.1 )(7.1 .2), wobei die Führungsstange zwischen Luftfederelement (7.1 )(7.1 .1 )(7.1 .2) und Gas- / Luftbehälter (7.5) ein Gleitlager (7.3) aufweist, so dass sich der Gas- / Luftbehälter (7.5) durch Änderung der Hubkraft des Luftfederelements entsprechend vertikal entlang der Führungsstange bewegen und somit auf die Gewichtskraft der Masse Einfluss nehmen kann, und optional (d) a guide rod (7.4) for guiding and holding the gas / air container (7.5) and the elastic air spring element (7.1) 7.1.1) (7.1 .2), the guide rod between the air spring element (7.1) (7.1 .1) (7.1 .2) and gas / air tank (7.5) has a slide bearing (7.3) so that the gas / air tank (7.5) moves vertically along the guide rod by changing the lifting force of the air spring element and thus on the weight force the crowd can influence, and optional
(e) eine Druck-Regel- und Steuereinheit (7.11 )(7.12) zur Anpassung des Gas-/ Luftdruckes.(e) a pressure regulation and control unit (7.11) (7.12) for adjusting the gas / air pressure.
Für die Größe des Gas- / Luftbehälters und die Funktion des Bauteils gelten die gleichen Angaben, wie sie oben im Zusammenhang mit dem Schwingungstilger gemacht wurden.The same information applies to the size of the gas / air tank and the function of the component as was given above in connection with the vibration absorber.
Ein solche Stützfedervorrichtung kann für vielerlei Zwecke eingesetzt werden. Such a support spring device can be used for many purposes.
Einzelheiten der Erfinduno und Beschreibuno der Abbildunoen Details of the invention and description of the images
Wie bereits einleitend erläutert, ist es erforderlich, um die Gewichtskraft einer bestimmten Pendelmasse beispielsweise zu reduzieren und damit die Frequenz, die Masse kontinuierlich über den gesamten Schwingweg mit nur minimalem Einfluss sonstiger Kräfte anzuheben, bzw. zu entlasten. Dies geschieht erfindungsgemäß durch ein beispielsweise von unten auf die Masse einwirkendes Gegenpendel (5). Dieses Gegenpendel ist als Stützvorrichtung (7) oder mindestens als Luftfedereinheit (7.1) konzipiert und ausgeführt. As already explained in the introduction, it is necessary to reduce the weight of a certain pendulum mass, for example, and thus the frequency, to continuously raise or relieve the mass over the entire oscillation path with only minimal influence of other forces. According to the invention, this is done by a counter pendulum (5) acting on the mass from below, for example. This counter pendulum is designed and implemented as a support device (7) or at least as an air spring unit (7.1).
Dabei bietet sich die Verwendung einer Luftfedereinheit (7.1) in Form eines luftgefüllten elastische Balges, oder eines Pakets aus gestapelten elastischen Bälgen (7.1.1), oder als Pneumatik-Zylinder (7.1 .2). Aber auch eine Federeinheit aus Stahlbälgen ist einsetzbar.The use of an air spring unit (7.1) in the form of an air-filled elastic bellows, or a package of stacked elastic bellows (7.1.1), or as a pneumatic cylinder (7.1 .2) is possible. But a spring unit made of steel bellows can also be used.
Es ist jedoch zu beachten, dass sich bei Verwendung eines mit Gas (zum Beispiel Luft) gefüllten und geschlossenen Balges die Kraft während des Schwingweges ändert, was einer Feder gleicht, wodurch sich die Schwingfrequenz im gleichen Maße wieder erhöht. It should be noted, however, that if a bellows filled with gas (for example air) and closed, the force changes during the oscillation path, which is like a spring, whereby the oscillation frequency increases again to the same extent.
Deshalb wird erfindungsgemäß eine entsprechende Luftfeder eingesetzt, welche mit einem Luft- oder Gasvolumen in Verbindung steht und durch Gas- / Luftzufuhr komprimiert werden kann. Ist das Luftvolumen gegenüber dem Volumen der Luftfedereinheit groß genug, hat die Komprimierung der Luft keinen nennenswerten Einfluss mehr. Therefore, according to the invention, a corresponding air spring is used which is connected to an air or gas volume and can be compressed by supplying gas / air. If the air volume is large enough compared to the volume of the air suspension unit, the compression of the air no longer has any noteworthy influence.
Wird das gesamte Luftvolumen V der Stützfedereinheit, welches sich aus dem Volumen des Gasspeichers V1 und dem von der Luftfeder verdrängten Volumen V2 zusammensetzt, im Vergleich zum verdrängten Volumen V2 sehr groß, so nähert sich der Quotient aus (V1 + V2) / V1 der Zahl 1 , sodass die Komprimierung der Luft keinen bzw. nur einen kleinen Einfluss auf die vorhandene Steifigkeit der Stützfeder hat. Durch Erhöhung von V1 nimmt bei gleichem V2 der Quotient kleiner Werte an. Werden zum Beispiel 4 L durch die Pendelbewegung verdrängt, und der Inhalt des Tanks beträgt 80 L so ist (V1 + V2) / V1 = 84/80 = 1 ,05, was einer ausreichend kleinen Kraftamplitude entspricht. Erhöht man V1 auf 100 L, so erreicht man einen Wert von 1 ,04. Dies bedeutet, dass bei einer Pendelbewegung 5 bzw. 4% vom Gesamtgasvolumen durch die Luftfedereinheit (7.2) verdrängt werden Idealerweise ist der Gas-Speichertank (7.5) in der unteren Pendelstange integriert. Es kann jedoch auch ein separater Zusatztank, mitschwingend oder stationär, zur Aufnahme des Luftvolumens verwendet werden. Dieser muss dann mit einer entsprechenden Rohrleitung mit der Luftfedereinheit (7.1) verbunden werden. Bei mitschwingendem Speicher kann das eine feste Rohrleitung sein. Bei separat angebrachtem Speicher ist ein flexibler Schlauch (7.10) erforderlich. If the total air volume V of the support spring unit, which is composed of the volume of the gas reservoir V1 and the volume V2 displaced by the air spring, is very large compared to the displaced volume V2, the quotient of (V1 + V2) / V1 approaches the number 1, so that the compression of the air has little or no influence on the existing stiffness of the support spring. By increasing V1, the quotient assumes smaller values for the same V2. For example, if 4 L are displaced by the pendulum movement and the content of the tank is 80 L, then (V1 + V2) / V1 = 84/80 = 1.05, which corresponds to a sufficiently small force amplitude. If you increase V1 to 100 L, you get a value of 1.04. This means that with a pendulum movement, 5 or 4% of the total gas volume is displaced by the air spring unit (7.2) Ideally, the gas storage tank (7.5) is integrated in the lower pendulum rod. However, a separate additional tank, oscillating or stationary, can also be used to accommodate the volume of air. This must then be connected to the air suspension unit (7.1) with a suitable pipe. In the case of a resonant storage tank, this can be a fixed pipeline. A flexible hose (7.10) is required for a separately attached storage tank.
Bei beispielsweise großer Krafteinleitung bzw. Entlastung durch die untere Pendelstange (5) auf die Masse (1) neigt die Masse dazu, der Kraft auszuweichen, was eine kreisförmige Bewegung des Pendels und damit wiederum eine hier nicht gewünschte Frequenzerhöhung zur Folge hat. Deshalb ist es vorteilhaft, die erste Pendelstange (4) deutlich kürzer oder länger zu halten als die zweite Pendelstange (5). Somit ist die Pendelrückstellkraft der ersten Pendelstange größer als die durch die Kraft der an der zweiten Pendelstange entstehenden Querkomponente, so dass wieder eine lineare Schwingbewegung erreicht wird. Es hat sich nun gezeigt, dass es vorteilhaft ist, z.B. die zweite Pendelstange (5) mit der Stützvorrichtung (7) etwa um den Faktor 1 ,5 - 2 länger auszuführen als die obere Pendelstange (4). Es ist aber auch möglich, die zweite Pendelstange (5) entsprechend kürzer zu machen. For example, if the lower pendulum rod (5) exerts a large amount of force or is relieved of the load on the mass (1), the mass tends to evade the force, which in turn results in a circular movement of the pendulum and thus an undesired increase in frequency. It is therefore advantageous to keep the first pendulum rod (4) significantly shorter or longer than the second pendulum rod (5). The pendulum restoring force of the first pendulum rod is thus greater than the transverse component produced by the force of the second pendulum rod, so that a linear oscillating movement is achieved again. It has now been shown that it is advantageous, for example, to make the second pendulum rod (5) with the support device (7) longer than the upper pendulum rod (4) by a factor of about 1.5-2. But it is also possible to make the second pendulum rod (5) correspondingly shorter.
Durch das Anheben bzw. Entlasten der Masse über den Gasdruck wird die Eigenfrequenz des Systems reduziert. Wird der Balg drucklos, so wird die Frequenz des ersten (kurzen) Pendels (4) erreicht. Bei zum Beispiel 0,8 m Pendellänge (4.1) beträgt die drucklose Frequenz des Systems ca. 0,56 Hz. Diese Frequenz kann durch Einpressen von Gas (Luft) in das System reduziert werden. So kann man zum Beispiel bei einem Druck mit der Wirkung von etwa 70 % der Gewichtskraft des Pendels eine Frequenz von 0,1 HZ erreichen. Auch durch die Pendellänge (4.1) kann Einfluss auf die Frequenz genommen werden. Somit kann das System als frequenzadaptiver Tilger eingesetzt werden. The natural frequency of the system is reduced by raising or relieving the mass via the gas pressure. If the bellows is depressurized, the frequency of the first (short) pendulum (4) is reached. With a pendulum length of 0.8 m (4.1), for example, the unpressurized frequency of the system is approx. 0.56 Hz. This frequency can be reduced by forcing gas (air) into the system. For example, at a pressure with the effect of about 70% of the weight of the pendulum, a frequency of 0.1 HZ can be achieved. The frequency can also be influenced by the pendulum length (4.1). The system can thus be used as a frequency-adaptive damper.
Bei bestimmten Ausführungsformen der Stützvorrichtung (7), z.B. mit dem Pneumatik- Zylinder (7.2), ist es umgekehrt auch möglich durch Druck gegen die Schwingungsmasse (1), deren Gewichtskraft relativ zu erhöhen, was zu einer (relativen) Erhöhung der Eigenfrequenz der Schwingung des Pendels führt. Damit kann das Schwingungssystem frequenzmäßig auf sowohl höhere als auch niedrigere Werte einjustiert werden. In certain embodiments of the support device (7), e.g. with the pneumatic cylinder (7.2), it is conversely also possible to increase the weight of the vibrating mass (1) by applying pressure, which leads to a (relative) increase in the natural frequency of the vibration of the pendulum leads. In this way, the oscillation system can be adjusted in terms of frequency to both higher and lower values.
Bei Schwingungen mit variabler Frequenz, wie zum Beispiel Wellenanregung von Windkraftanlagen oder auch Schiffen und sonstigen Offshore Bauten, kann die Frequenz der Anregung durch Sensoren gemessen und das System proportional zu dieser Frequenz auch durch Variation des Luftdruckes in den Stützvorrichtungen (7) an die Störfrequenz angepasst werden. Fiq. 1 (a-e) zeigt verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, welche jeweils eine (erste) obere Pendelstange aufweisen, sowie eine zweite (untere) Pendelstange (5), wobei die Stützvorrichtung als Teil der zweiten (unteren) Pendelstange ausgebildet ist, und entweder eine Luftfedereinheit (7.1) in Form eines elastischen Balgs (7.1 .1) oder Roll-Balgs (7.1.2), oder alternativ ein Pneumatik-Zylinder (7.2) aufweist. In the case of vibrations with a variable frequency, such as wave excitation of wind turbines or ships and other offshore structures, the frequency of the excitation can be measured by sensors and the system can be adjusted to the interference frequency proportionally to this frequency by varying the air pressure in the support devices (7) will. Fiq. 1 (ae) shows different embodiments of the invention, each having a (first) upper pendulum rod, as well as a second (lower) pendulum rod (5), the support device being designed as part of the second (lower) pendulum rod, and either an air spring unit ( 7.1) in the form of an elastic bellows (7.1 .1) or roll bellows (7.1.2), or alternatively a pneumatic cylinder (7.2).
Fig. 1(a) zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Pendel-Schwingungstilgers. Die Schwingungsmasse (1) ist an einer oberen ersten Pendelstange. Das Gelenk (4.3)(5.2) verbindet die erste Pendelstange mit einer zweiten unteren Pendelstange (5) mit der Länge (5.1). Die Schwingungsmasse (1) ist dabei an ihrer Unterseite so gestaltet, dass sie den oberen Teil der Stützfedereinheit (7) nicht nur umschließt, sondern auch so viel Freiraum (8) lässt, dass diese Pendelbewegungen ohne Anstoßen mitmachen kann. Dazu kann in der Masse eine entsprechende Bohrung oder Aussparung vorgesehen sein; die Masse kann aber auch aus entsprechend geformten und angeordneten Einzelelementen um den Freiraum (8) herum zusammengefügt sein. Fig. 1 (a) shows a side view of the pendulum vibration damper according to the invention. The oscillating mass (1) is on an upper first pendulum rod. The joint (4.3) (5.2) connects the first pendulum rod with a second lower pendulum rod (5) with the length (5.1). The oscillating mass (1) is designed on its underside in such a way that it not only encloses the upper part of the support spring unit (7), but also leaves enough free space (8) that these pendulum movements can join in without bumping into it. For this purpose, a corresponding hole or recess can be provided in the mass; however, the mass can also be assembled from correspondingly shaped and arranged individual elements around the free space (8).
Die obere Pendelstange (4) mit der Länge (4.1) besitzt ein oberes Gelenk (4.2), über das es an die Trägereinheit des Systems angebunden ist (nicht gezeigt). Das obere Gelenk ist in dieser Ausführungsform ein Kardangelenk, in das zusätzlich ein Rotationsdämpfer (3) integriert ist. Ein solches Dämpfer-Gelenk ist beispielsweise aus der WO 2019/201471 bekannt. Prinzipiell können aber auch einfache und ungedämpfte Gelenke, wie Kugelgelenke Verwendung finden (Fig.2). Das obere Pendel wird durch die Länge zwischen den Drehachsen des Kardangelenks und dem Schwerpunkt (2) der Masse (1) gebildet, welcher sich vorzugsweise in der Nähe des Gelenks (4.3)(5.2) befindet oder mit diesem identisch ist. Die untere Pendelstange (5) mit der Länge (5.1) wird durch die Stützvorrichtung (7), repräsentiert. Die Stützvorrichtung umfasst dabei eine Luftfedereinheit (7.1) mit integrierten Gas- Luftbehälter (7.5), in dem sich ein Gas/Luft-Gemisch (7.6)(7.6.1) befindet. Der Behälter (7.5) ist im oberen Teil verjüngt (7.5.1 ), damit dieser Teil mehr oder weniger tief in den Freiraum (8) der Masse (1) eingeführt werden kann und dort zusammen mit der Pendelstange (5) frei beweglich ist. Die Pendelstange (5) endet im oberen Teil mit dem Gelenk (5.2)(4.3). Die Position dieses Gelenkes sollte im optimalen Fall im Schwerpunkt (2) der Masse sein. The upper pendulum rod (4) with the length (4.1) has an upper joint (4.2) via which it is connected to the carrier unit of the system (not shown). In this embodiment, the upper joint is a cardan joint into which a rotary damper (3) is also integrated. Such a damper joint is known, for example, from WO 2019/201471. In principle, however, simple and undamped joints such as ball joints can also be used (FIG. 2). The upper pendulum is formed by the length between the axes of rotation of the universal joint and the center of gravity (2) of the mass (1), which is preferably located in the vicinity of the joint (4.3) (5.2) or is identical to it. The lower pendulum rod (5) with the length (5.1) is represented by the support device (7). The support device comprises an air spring unit (7.1) with an integrated gas-air container (7.5) in which there is a gas / air mixture (7.6) (7.6.1). The container (7.5) is tapered in the upper part (7.5.1) so that this part can be inserted more or less deeply into the free space (8) of the mass (1) and is freely movable there together with the pendulum rod (5). The pendulum rod (5) ends in the upper part with the joint (5.2) (4.3). The position of this joint should ideally be in the center of gravity (2) of the mass.
Die Stützvorrichtung (7) als integraler Bestandteil der unteren Pendelstange (5) weist am unteren Ende ein weiteres Gelenk, vorzugsweise ein Kugelgelenk auf, welches die Verbindung zur zu dämpfenden Struktur, bzw. zum Trägerelement (6) der Struktur herstellt. , Die Anbindung an die Trägereinheit ist hier jedoch nicht gezeigt. The support device (7) as an integral part of the lower pendulum rod (5) has a further joint at the lower end, preferably a ball joint, which establishes the connection to the structure to be damped or to the support element (6) of the structure. However, the connection to the carrier unit is not shown here.
Aus der Zeichnung gehen auch die unterschiedlichen Längen (4.1 )(5.1 ) der Pendelstangen (4) und (5) hervor. Fiq. 1(b) zeigt eine um 90° gedrehte Seitenansicht der Ausführungsform der Fig. 1 (a). Zusätzlich ist hier eine Trägeranordnung oder ein Trägergestell (6) abgebildet, welche über die Gelenke (4.2) und (5.3) mit der vollständigen erfindungsgemäßen Pendel- Schwingungstilger verbunden ist. The drawing also shows the different lengths (4.1) (5.1) of the pendulum rods (4) and (5). Fiq. 1 (b) shows a side view rotated by 90 ° of the embodiment of FIG. 1 (a). In addition, a support arrangement or a support frame (6) is shown here, which is connected to the complete pendulum vibration absorber according to the invention via the joints (4.2) and (5.3).
Fig. 1(b1) zeigt eine Draufsicht der Fig. 1 (b) und zwar ein Kardangelenk mit Anbindung an eine Trägerstruktur (6), wobei das Kardangelenk mit zwei Rotationsdämpfereinheiten (3) ausgerüstet ist, die im 90° Winkel zueinander versetzt angeordnet sind. Fig. 1 (b1) shows a top view of Fig. 1 (b), namely a cardan joint with connection to a support structure (6), the cardan joint being equipped with two rotary damper units (3) which are offset from one another at a 90 ° angle .
Fig. 1(c)(c1) zeigt weitere Details der erfindungsgemäßen Stützvorrichtung (7) aus Fig. 1(a). Das Bauteil setzt sich zusammen aus dem Behälter oder Speicher (7.5) zur Aufnahme eines Gas- oder von Luftvolumens (7.6) über eine Ein-/Auslassvorrichtung (7.10). Der Behälter (7.5) ist hier aufgeteilt in einen oberen schmaleren Behälterteil (7.5.1) mit einem entsprechenden Volumen (7.6.1) und einen größeren unteren Behälterteil (7.5) mit dem Volumen (7.6). Beide Behälterteile sind über einen Gasdurchlass (7.7.1) miteinander druckmäßig verbunden. Es ist auch möglich anstelle der Aufteilung in ein oberes kleines und ein unteres größeres Kompartiment einen einzigen durchgehenden aber nach oben verjüngten Behälter einzusetzen, um ausreichend Platz im Freiraum (8) im Bereich der Masse (1) zu haben. Fig. 1 (c) (c1) shows further details of the support device (7) according to the invention from Fig. 1 (a). The component is composed of the container or reservoir (7.5) for receiving a gas or air volume (7.6) via an inlet / outlet device (7.10). The container (7.5) is divided into an upper, narrower container part (7.5.1) with a corresponding volume (7.6.1) and a larger lower container part (7.5) with the volume (7.6). Both container parts are connected to one another in terms of pressure via a gas passage (7.7.1). It is also possible to use a single continuous but upwardly tapered container instead of dividing it into an upper small and a lower larger compartment in order to have sufficient space in the free space (8) in the area of the mass (1).
Im unteren Bereich der Stützvorrichtung (7) ist die Luftfedereinheit (7.1) angeordnet, welche durch einen unteren Gasdurchlass (7.7)(7.7.2) mit dem Behälter (7.5) bzw. über einen oberen Gasdurchlass (7.7)(7.7.1) mit dem Zusatz-Behälter (7.5.1) druckmäßig in Verbindung steht. Die Luftfedereinheit (7.1) umfasst in dieser Variante drei elastische Bälge (7.1.1), die bei Druckänderung in den Behältern (7.5)(7.5.1) in vertikaler Richtung sich entsprechend ausdehnen oder komprimiert werden und so bewirken, dass sich die Gewichtskraft der oberhalb an der Pendelstange (4) positionierten und befestigten Masse (1)(hier nicht gezeigt) entsprechend ändert. In the lower area of the support device (7) the air spring unit (7.1) is arranged, which through a lower gas passage (7.7) (7.7.2) with the container (7.5) or via an upper gas passage (7.7) (7.7.1) with the additional container (7.5.1) is in pressure connection. The air spring unit (7.1) in this variant comprises three elastic bellows (7.1.1), which expand or compress in the vertical direction when the pressure changes in the containers (7.5) (7.5.1) and thus cause the weight of the above on the pendulum rod (4) positioned and attached mass (1) (not shown here) changes accordingly.
Üblicherweise werden 1 - 15, vorzugsweise 3 - 10, solcher übereinandergestapelter Bälge eingesetzt, um die erforderliche Reduzierung der Gewichtskraft der Masse (1) zu ermöglichen. Letztlich hängt dies aber von der Masse, den Volumina (7.6)(7.6.1) und dem Verdrängungsvolumen durch die elastischen Bälge ab. Usually 1-15, preferably 3-10, of such bellows stacked one on top of the other are used in order to enable the necessary reduction in the weight of the mass (1). Ultimately, however, this depends on the mass, the volumes (7.6) (7.6.1) and the displacement volume by the elastic bellows.
Das untere Ende der Stützvorrichtung (7) weist wiederum ein Kugelgelenk (5.3) auf, welches mit der hier nicht gezeigten Trägerstruktur des Schwingungssystems verbunden ist. The lower end of the support device (7) in turn has a ball joint (5.3) which is connected to the carrier structure of the vibration system, not shown here.
Die als Stützfedereinheit konzipierte Stützvorrichtung (7) weist zudem in dieser Ausführungsform eine Führungsstange (7.4) auf, die dazu dient, dem Bauteil ausreichende Stabilität zu verleihen, da es sonst im Bereich des Balges bei Belastung knicken würde. Die Führungsstange (7.4) wird dabei vorzugsweise in Gleitlagern (7.3)(7.7) geführt, wobei im konkreten Fall ein oberes Gleitlager (7.3.1) zwischen unterem Behälter (7.5) und oberen Behälter (7.5.1) und ein unteres Gleitlager (7.3.2) zwischen Luftfedereinheit (7.1.1) und unterem Behälter (7.5) eingesetzt wird. The support device (7) designed as a support spring unit also has a guide rod (7.4) in this embodiment, which is used to give the component sufficient stability, since it would otherwise buckle in the area of the bellows under load. The guide rod (7.4) is preferably guided in slide bearings (7.3) (7.7), with an upper slide bearing (7.3.1) between the lower container (7.5) and the upper container (7.5.1) and a lower slide bearing (7.3 .2) between air suspension unit (7.1.1) and lower container (7.5) is used.
Der Luftanschluss (7.10) kann an jede Position des luftgefüllten oder gasgefüllten Raums (7.6) (7.6.1) angeschlossen werden. Vorteilhaft ist es diesen im unteren Bereich der Stützfedereinheit, in dem wenig Bewegung stattfindet, anzubringen. Gleichzeitig kann mit einem Schlauch oder einer Rohrverbindung ein weiterer Behälter zur Vergrößerung des Volumens angeschlossen werden. Am unteren Ende der Stützfedereinheit ist eine weitere Einlass-/Auslassvorrichtung (7.10) vorgesehen, welche eine Regelungseinheit (7.11) aufweist. Im einfachsten Fall ist dies ein Regelventil. The air connection (7.10) can be connected to any position of the air-filled or gas-filled space (7.6) (7.6.1). It is advantageous to attach this in the lower area of the support spring unit, in which there is little movement. At the same time, a hose or a pipe connection can be used to connect another container to increase the volume. A further inlet / outlet device (7.10) is provided at the lower end of the support spring unit, which has a control unit (7.11). In the simplest case this is a control valve.
Die hier beschriebene Stützfedereinheit funktioniert in der Weise, dass durch vertikale Veränderung des Volumens des elastischen Balgs (7.1.1), der Teil der darüberliegenden Einheit mit dem Gas- / Luftbehälter (7.5)(7.5.1) entlang der Führungsstange (7.4) in Richtung des Gelenks (5.2) gedrückt. Da das Gelenk (5.2), welches vorzugsweise als Kugelgelenk ausgebildet ist, hier identisch mit dem Gelenk (4.3) der oberen ersten Pendelstange (4) ist, an dem die Schwingungsmasse (1) befestigt ist, wird so die entsprechende Druck- oder Zugkraft auf die Schwingungsmasse (1) ausgeübt, so dass dadurch eine gezielte Frequenzanpassung an das Schwingungssystem vorgenommen werden kann. The support spring unit described here works in such a way that by vertically changing the volume of the elastic bellows (7.1.1), the part of the unit above with the gas / air container (7.5) (7.5.1) along the guide rod (7.4) in Direction of the joint (5.2) pressed. Since the joint (5.2), which is preferably designed as a ball joint, is here identical to the joint (4.3) of the upper first pendulum rod (4) to which the oscillating mass (1) is attached, the corresponding compressive or tensile force is applied the vibration mass (1) exercised, so that a targeted frequency adjustment can be made to the vibration system.
Eine weitere Möglichkeit ist es, eine automatische Druck-Regeleinheit anzubauen mit deren Hilfe manuell oder automatisch der voreingestellte Druck im Federsystem (7), ggf. mit Hilfe von Sensoren, bei Änderungen der äußeren Bedingungen im Schwingungssystem, an die geänderte Eigenfrequenz angepasst werden kann. Dies hat zum einen den Vorteil, dass beispielsweise durch mögliche Temperaturschwankungen verursachte Druckänderungen ausgeglichen werden können. Weiterhin kann über eine solche Regelvorrichtung die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers laufend an die Erfordernisse angepasst werden (adaptiver Betrieb). Die Druckregeleinheit zur Aufrechterhaltung eines konstanten Luftdrucks kann z.B. aus einem Drucksensor, einem 3 Wege-Servo- Ventil und einem Kompressor bestehen. Der Drucksensor überwacht dabei kontinuierlich den Druck im Behälter (7.5)(7.5.1). Die Steuerung berücksichtigt vorteilhafterweise nur den maximalen Druck, welcher immer entsteht, wenn obere und untere Pendelstangen in Linie zueinander stehen und damit das kleinste Luftvolumen im Bewegungsablauf zur Regelung verwendet wird. Es empfiehlt sich zudem, die Anpassung nur dann automatisch durchführen zu lassen, wenn bestimmte maximale oder minimale Grenzwerte über- oder unterschritten werden. Die Regelung vergleicht diesen Druck mit dem vorgegebenen Sollwert und öffnet oder schließt entsprechend das Ventil, um den Gasdruck im Behälter über einen Kompressor oder über Pressluft-Speicher zu erhöhen oder zu erniedrigen. Der vorgegebenen Sollwert ist entweder eine fest einstellbare Größe oder er wird für einen adaptiven Betrieb von einer Steuereinheit vorgegeben. Die Schwingfrequenz des Turmes wird von einem Beschleunigungssensor erfasst. Das Signal wird an eine Recheneinheit weitergegeben. Der zum Erreichen der jeweiligen Frequenzen erforderliche Luftdruck des Systems wird in einer vorher ermittelten Frequenz- Druck Kurve des Systems berechnet. Das sich daraus ergebende Signal wird an das Druck- Regelventil als Sollwert weitergegeben. Another possibility is to add an automatic pressure control unit with the help of which the preset pressure in the spring system (7) can be adjusted manually or automatically, if necessary with the help of sensors, in the event of changes in the external conditions in the oscillation system, to the changed natural frequency. On the one hand, this has the advantage that, for example, pressure changes caused by possible temperature fluctuations can be compensated for. Furthermore, the natural frequency of the vibration absorber can be continuously adapted to the requirements via such a control device (adaptive operation). The pressure control unit for maintaining a constant air pressure can for example consist of a pressure sensor, a 3-way servo valve and a compressor. The pressure sensor continuously monitors the pressure in the container (7.5) (7.5.1). The control advantageously only takes into account the maximum pressure, which always arises when the upper and lower pendulum rods are in line with one another and thus the smallest air volume in the movement sequence is used for regulation. It is also advisable to only have the adjustment carried out automatically if certain maximum or minimum limit values are exceeded or not reached. The control system compares this pressure with the specified target value and opens or closes the valve accordingly in order to increase or decrease the gas pressure in the container via a compressor or via compressed air storage. The specified target value is either a permanently adjustable variable or it is specified by a control unit for adaptive operation. The vibration frequency of the tower is recorded by an acceleration sensor. The signal is passed on to a processing unit. The air pressure of the system required to achieve the respective frequencies is calculated in a previously determined frequency-pressure curve of the system. The resulting signal is passed on to the pressure control valve as a setpoint.
Fici. 1 (d)(d1 ) zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Anstelle der als Anordnung von elastischen Bälgen (7.1.1) ausgebildeten Luftfedereinheit (7.1) wird nun ein Roll-BalgFici. 1 (d) (d1) shows another embodiment of the invention. Instead of the air spring unit (7.1) designed as an arrangement of elastic bellows (7.1.1), a roll bellows is now used
(7.1.2) eingesetzt, der den Vorteil hat, dass sich sein Querschnitt im Betrieb nicht wesentlich ändert. Ansonsten entsprechen alle anderen Merkmale und Funktionen denen der Figur(7.1.2) is used, which has the advantage that its cross-section does not change significantly during operation. Otherwise, all other features and functions correspond to those of the figure
1 (c)(c1). 1 (c) (c1).
Fici. 1 (e) zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar einen Pneumatik- Zylinder (7.2) als Bestandteil einer unteren Pendelstange (5) des erfindungsgemäßen Pendel-Schwingungstilgers. Die obere Pendelstange (4) mit der Schwingungsmasse (1) ist nicht gezeigt. Die Pendelstange (5) besitzt ein oberes Gelenk (5.2), welches als Kugelgelenk ausgebildet ist. Das Gelenk ist gleichzeitig das untere Gelenk (4.3) der oberen Pendelstange (4). Der Pneumatik-Zylinder (7.2) umfasst einen Kolben (7.2.3), welcher den Zylinderraum in eine obere Zylinderkammer (7.2.1) und eine untere Zylinderkammer (7.2.2) teilt. Der KolbenFici. 1 (e) shows a further embodiment of the invention, namely a pneumatic cylinder (7.2) as part of a lower pendulum rod (5) of the pendulum vibration absorber according to the invention. The upper pendulum rod (4) with the oscillating mass (1) is not shown. The pendulum rod (5) has an upper joint (5.2) which is designed as a ball joint. The joint is also the lower joint (4.3) of the upper pendulum rod (4). The pneumatic cylinder (7.2) comprises a piston (7.2.3) which divides the cylinder space into an upper cylinder chamber (7.2.1) and a lower cylinder chamber (7.2.2). The piston
(7.2.3) wird durch Kolbenstange (7.2.4) bewegt. Die vertikale Bewegung des Kolbens erfolgt durch das druckkontrollierte Gas- / Luftvolumen (7.6). Da der Zylinderraum zu klein ist, wird ein Luft-/Gasbehälter (7.5) außerhalb des Bauteils benötigt, um die Funktionalität des Pneumatik-Zylinders im Sinne einer selektiven und genauen Frequenzanpassung zu gewährleisten. Das Gasvolumen im Behälter (7.5) wird je nach Erfordernis entweder in die untere oder in die obere Kammer des Zylinders unter Druck geleitet. Es sind entsprechende Ventile (7.13)(7.16) sowie Zu- und Ableitungen (7.10) (7.14)(7.15)(7.17)(7.18) vorgesehen, sowie auch hier eine Regel und Steuereinheit (7.11 )(7.12) für das Gas- / Luftvolumen (7.6).(7.2.3) is moved by the piston rod (7.2.4). The vertical movement of the piston takes place through the pressure-controlled gas / air volume (7.6). Since the cylinder space is too small, an air / gas container (7.5) is required outside the component to ensure the functionality of the pneumatic cylinder in terms of selective and precise frequency adjustment. The gas volume in the container (7.5) is fed under pressure either into the lower or the upper chamber of the cylinder, depending on the requirements. Corresponding valves (7.13) (7.16) as well as supply and discharge lines (7.10) (7.14) (7.15) (7.17) (7.18) are provided, as well as a regulating and control unit (7.11) (7.12) for the gas / Air volume (7.6).
Im Betrieb wird die Kolbenstange (7.2.4) durch den entsprechenden Gasdruck vertikal nach oben oder unten geschoben, wodurch über das Kugelgelenk (5.2) die Schwingungsmasse (1) an der Pendelstange (4) entlastet oder belastet. Generell kann der Pneumatik Zylinder (7.2) in Zug-Richtung und in Druck-Richtung arbeiten. Für Druck wird die Kammer 7.2.2 beaufschlagt, und für Zug wird die Kammer 7. 2.1 beaufschlagt. During operation, the piston rod (7.2.4) is pushed vertically up or down by the corresponding gas pressure, which relieves or loads the vibration mass (1) on the pendulum rod (4) via the ball joint (5.2). In general, the pneumatic cylinder (7.2) can work in the pulling direction and in the pushing direction. Chamber 7.2.2 is acted upon for pressure, and chamber 7.1.2 is acted upon for tension.
Fici. 2 (a-c) zeigt aus verschiedenen Perspektiven die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers mit einer Luftfedereinheit (7.1) der Fig. 1 eingebunden in die Trägerkonstruktion (6). Zum Unterschied hierzu, ist das Gelenk (4.2) der Pendelstange (4) ein einfaches Kugelgelenk ohne Dämpfungseinheiten (3). Letztere sind dafür in zweifacher Ausfertigung und in einem 90° Winkel zueinander zwischen Masse (1) und der Trägerkonstruktion (6) eingebaut. Als Dämpfungseinheiten sind hier wiederum Rotationsdämpfer vorgesehen; es können aber auch Lineardämpfer auf Magnetbasis, Hydraulikdämpfer oder sonstige Dämpfer nach dem Stand der Technik verwendet werden.Fici. 2 (ac) shows the embodiment of the vibration damper according to the invention with an air spring unit (7.1) of FIG. 1 integrated into the support structure (6) from different perspectives. In contrast to this, the joint (4.2) of the pendulum rod (4) is a simple ball joint without damping units (3). The latter are built in duplicate and at a 90 ° angle to each other between the mass (1) and the support structure (6). As damping units are here again Rotary damper provided; however, linear dampers based on magnets, hydraulic dampers or other dampers according to the prior art can also be used.
Fiq. 3 (a-c) zeigt drei verschiedene Ansichten einer andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tilgers, und zwar einen Transversal-Pendeltilger. Die Masse (1) ist hier an drei Pendelstangen (4) aufgehängt. Jede Pendelstangen (4) hat ein oberes (4.2) und ein unteres Gelenk (4.3), vorzugsweise ein Kugelgelenk (4.3). Mit den oberen Gelenken sind die Pendelstangen mit der Trägerkonstruktion (6) und mit den unteren Gelenken mit der Masse (1) in der Weise verbunden, dass die Masse beim Schwingen sich ausschließlich horizontal bewegen kann. Die Dämpfungselemente (3) sind hier zwischen Masse (1) und Trägerstruktur (6) angebracht und im konkreten Beispiel wieder als Rotationsdämpfer gestaltet, können aber auch andere Dämpfer des Standes der Technik sein. Für eine im Umfang gleichmäßige Dämpfung reichen bei dieser Ausführungsform mit drei Pendelstangen (4) und sechs Gelenken (4.2)(4.3) in der oberen Aufhängung zwei Dämpfungselemente (3). Es können aber auch drei und mehr derartiger Dämpfer eingesetzt werden. Fiq. 3 (a-c) shows three different views of another embodiment of the damper according to the invention, namely a transverse pendulum damper. The mass (1) is suspended here on three pendulum rods (4). Each pendulum rod (4) has an upper (4.2) and a lower joint (4.3), preferably a ball joint (4.3). The upper joints are used to connect the pendulum rods to the support structure (6) and to the lower joints to the mass (1) in such a way that the mass can only move horizontally when swinging. The damping elements (3) are attached here between the mass (1) and the support structure (6) and, in the specific example, are again designed as rotary dampers, but they can also be other dampers of the prior art. In this embodiment, with three pendulum rods (4) and six joints (4.2) (4.3) in the upper suspension, two damping elements (3) are sufficient for damping that is uniform in scope. However, three or more such dampers can also be used.
Fig. 4 (a-d) zeigt vier verschiedene Ansichten einer andere Ausführungsform des Transversal-Tilgers gemäß Fig. 3. Die als Stützfeder- oder Luftfedereinheit konzipierte Stützvorrichtung (7) muss beim Transversalpendel nicht zwingend oder zumindest wünschenswerterweise im Schwerpunkt der Masse oder in unmittelbare Nähe hierzu wirken. Somit ist es möglich diese oberhalb der Masse angreifen zu lassen und somit durch die Masse durchzuführen damit ergibt sich eine geringere Höhe des Bauteils, was wiederum den erforderlichen Einbauraum verringert. 4 (ad) shows four different views of another embodiment of the transversal damper according to FIG works. It is thus possible to have them attack above the mass and thus to carry them through the mass. This results in a lower height of the component, which in turn reduces the installation space required.
Fig. 4(a) zeigt, wie die Stützfedereinheit (7) durch eine Öffnung der Masse (1) hindurchgeführt ist. Das obere Gelenk (5.2) der Pendelstange (5), die hier identisch ist mit der Stützvorrichtung (7), ist nun oberhalb der Schwingungsmasse (1) angeordnet und an einer Halterung (6.1) befestigt, welche wiederum mit der Masse verbunden ist. Die Öffnung in der Masse ist so gestaltet, dass sie ausreichenden Freiraum für die Bewegung des unteren Pendels (5) bzw. der Stützfedereinheit (7) zulässt. Auch bei dieser Ausführungsform ist zu erkennen, dass die oberen Pendelstangen (4) eine deutlich kleinere Länge (4.1) im Vergleich zu der Länge (5.1) der unteren Pendelstange (5). Fig. 4 (a) shows how the support spring unit (7) is passed through an opening in the mass (1). The upper joint (5.2) of the pendulum rod (5), which here is identical to the support device (7), is now arranged above the vibration mass (1) and attached to a bracket (6.1), which in turn is connected to the mass. The opening in the mass is designed so that it allows sufficient free space for the movement of the lower pendulum (5) or the support spring unit (7). In this embodiment, too, it can be seen that the upper pendulum rods (4) have a significantly smaller length (4.1) compared to the length (5.1) of the lower pendulum rod (5).
Fig. 4(b) zeigt eine seitliche Sicht des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers gemäß Fig. 4(a). Zusätzlich ist noch eine Rotations-Dämpfereinheit (3) mit drei Rotationsscheiben zu sehen, welche an der Masse befestigt ist, und bei schwingenden Bewegung derselben wirksam wird. FIG. 4 (b) shows a side view of the vibration damper according to the invention according to FIG. 4 (a). In addition, a rotary damper unit (3) with three rotary disks can be seen, which is attached to the mass and becomes effective when the latter is oscillating.
Fig. 4(c) zeigt einen Schwingungstilger gemäß Fig. 4 (a) im Schnitt. Fig. 4 (c) shows a vibration damper according to Fig. 4 (a) in section.
Fig. 4(d) zeigt das Bauteil gemäß Fig. 4(c) in einer perspektivischen Sicht. FIG. 4 (d) shows the component according to FIG. 4 (c) in a perspective view.
In den Figuren 2 - 4 umfasst die Stützvorrichtung (7) jeweils ein erfindungsgemäßes Luftfederelement (7.1). Es ist jedoch vorgesehen, die gleichen Ausführungsformen wie abgebildet und beschrieben, jedoch mit einem Pneumatik-Zylinder (7.2) gemäß Fig. 1 (e) einzusetzen. In FIGS. 2-4, the support device (7) each comprises a device according to the invention Air suspension element (7.1). It is intended, however, to use the same embodiments as shown and described, but with a pneumatic cylinder (7.2) according to FIG. 1 (e).
Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Pendel-Schwingungstilger mit einem Pneumatik- Zylinder (7.2) als Kernstück der Stützvorrichtung (7). Im Unterschied zur Fig. 1 (e), die nur die zweite (untere) Pendelstange (5) mit dem Pneumatik-Zylinder (7.2) zeigt, ist bei dieser Ausführungsform die zweite Pendelstange (5) mit einem entsprechenden Pneumatik-Zylinder (7.2) als obere Pendelstange (5) und die erste Pendelstange (4) mit der Schwingungsmasse (1) als untere Pendelstange (4) vorgesehen. Ein Kugel- oder Kardangelenkes (4.2) mit einem Rotations-Dämpfungselement (3) ist entsprechend am unteren Ende der Trägerstruktur (6) angeordnet, während ein freibewegliches Gelenk (5.3) nunmehr die Stützvorrichtung nach oben abschließt und dort mit der Trägerstruktur verbunden ist. Die Form und Anordnung der Schwingungsmasse (1 ) an der Pendelstange (4) in Bezug auf die Anordnung der Pendelstange (5) entspricht etwa des entsprechenden Teils der Figur 4. Fig. 6 zeigt prinzipiell die gleiche Anordnung eines erfindungsgemäßen Pendel-Fig. 5 shows a pendulum vibration damper according to the invention with a pneumatic cylinder (7.2) as the core of the support device (7). In contrast to Fig. 1 (e), which shows only the second (lower) pendulum rod (5) with the pneumatic cylinder (7.2), in this embodiment the second pendulum rod (5) with a corresponding pneumatic cylinder (7.2) provided as the upper pendulum rod (5) and the first pendulum rod (4) with the vibration mass (1) as the lower pendulum rod (4). A ball or cardan joint (4.2) with a rotation damping element (3) is accordingly arranged at the lower end of the support structure (6), while a freely movable joint (5.3) now closes the support device at the top and is connected there to the support structure. The shape and arrangement of the vibration mass (1) on the pendulum rod (4) in relation to the arrangement of the pendulum rod (5) corresponds approximately to the corresponding part of FIG. 4. FIG. 6 shows in principle the same arrangement of a pendulum according to the invention.
Schwingungstilgers gemäß Fig. 5, jedoch ist hier der Pneumatik-Zylinder (7.2) durch eine Luftfedereinheit (7.1), insbesondere einen Roll-Balg (7.1.2) ersetzt. Dieser leitet die Kraft über die relativ zueinander beweglichen Bauteile (7.1.3) an die Masse (1 ) an der unteren ersten Pendelstange (4) weiter. Vibration absorber according to FIG. 5, but here the pneumatic cylinder (7.2) is replaced by an air spring unit (7.1), in particular a roll-up bellows (7.1.2). This transfers the force to the mass (1) on the lower first pendulum rod (4) via the components (7.1.3) that are movable relative to one another.

Claims

Patentansprüche Claims
1 . Adaptiver Pendel-Schwingungstilger zur anpassbaren Dämpfung von auftretenden Schwingungen niedriger Frequenzen < 2 Hz in hohen schlanke Strukturen, umfassend1 . Adaptive pendulum vibration damper for adaptable damping of occurring vibrations of low frequencies <2 Hz in tall, slim structures, comprehensive
(i) mindestens eine im betriebsfreien Zustand senkrecht angeordnete erste Pendelstange (4) mit einer Länge (4.1), welche mit ihrem einen Ende über ein Gelenk (4.2) unmittelbar oder über ein Trägerelement (6) mit der zu dämpfenden Struktur verbunden ist, (i) at least one first pendulum rod (4) with a length (4.1), which is vertically arranged in the non-operational state and which is connected at one end to the structure to be damped via a joint (4.2) directly or via a support element (6),
(ii) mindestens eine im betriebsfreien Zustand senkrecht angeordnete zweite Pendelstange (5) mit einer Länge (5.1), welche ganz oder teilweise unterhalb oder oberhalb der ersten Pendelstange (4) angeordnet und mit ihrem einen Ende über ein Gelenk (5.3) unmittelbar oder über ein Trägerelement (6) mit der zu dämpfenden Struktur verbunden ist, wobei besagte erste Pendelstange (4) an ihren freien Ende über ein freibewegliches Gelenk (4.3)(5.2) direkt oder indirekt mit dem freien Ende der zweiten Pendelstange (5) verbunden ist, (ii) at least one second pendulum rod (5), which is vertically arranged in the non-operational state and has a length (5.1), which is wholly or partially arranged below or above the first pendulum rod (4) and with one end via a joint (5.3) directly or above a support element (6) is connected to the structure to be damped, said first pendulum rod (4) being connected at its free end via a freely movable joint (4.3) (5.2) directly or indirectly to the free end of the second pendulum rod (5),
(iii) eine Schwingungsmasse (1), welche an der ersten Pendelstange (4) befestigt ist und über das Gelenk (4.3)(5.2) mit der zweiten Pendelstange (5) so verbunden ist, dass bei Krafteinwirkung auf die Masse (1) beide Pendelstangen (4)(5) zusammen bewegt werden, und (iii) a vibration mass (1) which is attached to the first pendulum rod (4) and is connected to the second pendulum rod (5) via the joint (4.3) (5.2) so that both Pendulum rods (4) (5) are moved together, and
(iv) eine druckkontrollierte Stützvorrichtung (7), welche die (iv) a pressure-controlled support device (7), which the
Gewichtskraft der Schwingungsmasse (1) durch Entlastung oder Belastung zu erhöhen oder zu vermindern vermag und so gezielt Frequenzänderungen erreicht werden können, wobei die Stützvorrichtung integraler Bestandteil der zweiten Pendelstange (5) ist. The weight force of the oscillating mass (1) can be increased or decreased by relieving or loading, and thus frequency changes can be achieved in a targeted manner, the supporting device being an integral part of the second pendulum rod (5).
2. Adaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtung (7) mit einem Gas-/ Luftvolumen (7.6) betrieben wird, welches unter einem Druck steht, der eine Gewichtskraftänderung der Schwingungsmasse (1) bewirkt, wobei besagtes Gas-/Luftvolumen in einem Gas-/ Luftbehälter (7.5) bereitgestellt wird, welcher vollständig integraler Bestandteil der Stützvorrichtung ist oder teilweise separat davon angebracht ist. 2. Adaptive vibration damper according to claim 1, characterized in that the support device (7) is operated with a gas / air volume (7.6) which is under a pressure which causes a change in the weight of the vibration mass (1), said gas / air volume Air volume is provided in a gas / air container (7.5), which is completely an integral part of the support device or is partially attached separately from it.
3. Adaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas-/ Luftvolumen (7.6) so gewählt ist, dass bei einer Pendelbewegung des Schwingungstilgers weniger als 10% des Volumens durch die Stützvorrichtung (7) verdrängt bzw. verschoben werden. 3. Adaptive vibration absorber according to claim 2, characterized in that the gas / air volume (7.6) is selected so that less than 10% of the volume is displaced or shifted by the support device (7) during a pendulum movement of the vibration absorber.
4. Adaptiver Pendel-Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtung (7) ein Luftfederelement (7.1) oder ein Pneumatik-Zylinder (7.2) ist. 4. Adaptive pendulum vibration damper according to one of claims 1-3, characterized in that the supporting device (7) is an air spring element (7.1) or a pneumatic cylinder (7.2).
5. Adaptiver Pendel-Schwingungstilger nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfederelement (7.1) ein elastischer Balg oder eine Anordnung von mehreren übereinander gestapelten elastischen Bälgen (7.1.1), ein Roll-Balg oder eine Anordnung von hintereinander angeordneten Roll-Bälgen (7.1.2) ist. 5. Adaptive pendulum vibration damper according to claim 4, characterized in that the air spring element (7.1) is an elastic bellows or an arrangement of several stacked elastic bellows (7.1.1), a roll bellows or an arrangement of roll bellows arranged one behind the other (7.1.2) is.
6. Adaptiver Pendel-Schwingungstilger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Balg oder die Anordnung von elastischen Bälgen einen kleinen Querschnitt im Verhältnis zum Gasvolumen (7.6) besitzt. 6. Adaptive pendulum vibration damper according to claim 5, characterized in that the elastic bellows or the arrangement of elastic bellows has a small cross section in relation to the gas volume (7.6).
7. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (4.1) der mindestens einen ersten Pendelstange (4) unterschiedlich ist zur Länge (5.1) der zweiten Pendelstange (5). 7. Adaptive vibration damper according to one of claims 1 - 6, characterized in that the length (4.1) of the at least one first pendulum rod (4) is different from the length (5.1) of the second pendulum rod (5).
8. Adaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Pendelstange (4) 50 - 100% kürzer oder länger ist als die mindestens zweite Pendelstange (5). 8. Adaptive vibration damper according to claim 7, characterized in that the at least one first pendulum rod (4) is 50-100% shorter or longer than the at least second pendulum rod (5).
9. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens erste Pendelstange (4) ganz oder teilweise ein oberes Pendel und die mindestens zweite Pendelstange (5) ganz oder teilweise ein unteres Pendel darstellt, und beide Pendelstangen über ein gemeinsames Gelenk (4.3)/(5.2) miteinander verbunden sind. 9. Adaptive vibration damper according to one of claims 1 - 8, characterized in that the at least first pendulum rod (4) is wholly or partially an upper pendulum and the at least second pendulum rod (5) is wholly or partially a lower pendulum, and both pendulum rods via a common joint (4.3) / (5.2) are connected to one another.
10. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens erste Pendelstange (4) ganz oder teilweise ein unteres Pendel, und die mindestens zweite Pendelstange (5) ganz oder teilweise ein oberes Pendel darstellt, und beide Pendelstangen über ein gemeinsames Gelenk (5.2)/(4.3) miteinander verbunden sind. 10. Adaptive vibration damper according to one of claims 1 - 8, characterized in that the at least first pendulum rod (4) is wholly or partially a lower pendulum, and the at least second pendulum rod (5) is wholly or partially an upper pendulum, and both pendulum rods a common joint (5.2) / (4.3) are connected to one another.
11. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (4.2) und / oder (5.3) ein Kardangelenk ist. 11. Adaptive vibration damper according to one of claims 1 - 10, characterized in that the joint (4.2) and / or (5.3) is a universal joint.
12. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (4.3)(5.2) ein Kugelgelenk ist. 12. Adaptive vibration damper according to one of claims 1 - 10, characterized in that the joint (4.3) (5.2) is a ball joint.
13. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtung (7) eine Führungsstange (7.4) aufweist. 13. Adaptive vibration damper according to one of claims 1 - 12, characterized in that the supporting device (7) has a guide rod (7.4).
14. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1- 13, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Druckregeleinheit (7.11 )(7.12) umfasst, welche Druckschwankungen, die durch geänderte äußere Bedingungen während des Betriebes verursacht werden, durch Erhöhung oder Absenkung des Druckes des Gas/-Luftvolumens (7.6) über einen Anschluss (7.10) bei Erreichen von voreingestellten Grenzwerten auszugleichen vermag. 14. Adaptive vibration damper according to one of claims 1- 13, characterized in that it comprises a pressure control unit (7.11) (7.12) which pressure fluctuations, which are caused by changed external conditions during operation, by increasing or decreasing the pressure of the gas / -Air volume (7.6) is able to compensate via a connection (7.10) when preset limit values are reached.
15. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsmasse (1) so an der ersten Pendelstange (4) befestigt ist, dass sich ihr Schwerpunkt (2) in der Nähe des Gelenkes (4.3)(5.2) befindet oder mir diesem identisch ist. 15. Adaptive vibration damper according to one of claims 1 - 14, characterized in that the vibration mass (1) is attached to the first pendulum rod (4) in such a way that its center of gravity (2) is in the vicinity of the joint (4.3) (5.2) is located or is identical to this.
16. Adaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (1) dreidimensional so gestaltet ist, dass ein entsprechend geformter Freiraum (8) vorliegt, in dem die zweite Pendelstange (5) mit ihrem Gelenk (5.2) mindestens teilweise hineinreicht und Platz für Pendelbewegungen im Betriebszustand gegeben ist. 16. Adaptive vibration damper according to claim 15, characterized in that the mass (1) is designed three-dimensionally so that a correspondingly shaped free space (8) is present in which the second pendulum rod (5) with its joint (5.2) at least partially extends and There is space for pendulum movements in the operating state.
17. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 16 als zweidimensionaler Transversal -Tilger, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsmasse (1) über zwei oder mehr Gelenke (4.3) an gleichviel gleichlange erste Pendelstangen (4) und über das Gelenk (5.2) mit der zweiten Pendelstange (5) verbunden ist, so dass sie in der horizontalen Ebene bewegbar ist. 17. Adaptive vibration damper according to one of claims 1 - 16 as a two-dimensional transversal damper, characterized in that the vibration mass (1) via two or more joints (4.3) on first pendulum rods (4) of equal length and via the joint (5.2) with the second pendulum rod (5) is connected so that it is movable in the horizontal plane.
18. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens eine weitere Dämpfungseinheit (3) aufweist, welche am Gelenk (4.2) der ersten Pendelstange (4) und / oder am Umfang der Schwingungsmasse (1) angebracht ist. 18. Adaptive vibration damper according to one of claims 1-18, characterized in that it has at least one further damping unit (3) which is attached to the joint (4.2) of the first pendulum rod (4) and / or on the circumference of the vibration mass (1) .
19. Adaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Dämpfungseinheit (3) ein Rotationsdämpfer ist. 19. Adaptive vibration damper according to claim 18, characterized in that the at least one further damping unit (3) is a rotation damper.
20. Adaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass er an einer mobilen Trägerkonstruktion (6) angebracht ist, welche an einer Struktur während ihrer Errichtung oder ihres Rückbaus reversibel befestigt oder entfernt werden kann. 20. Adaptive vibration damper according to one of claims 1-19, characterized in that it is attached to a mobile support structure (6) which can be reversibly attached to or removed from a structure during its erection or dismantling.
21. Windkraftanlage umfassend Gondel, Rotor und Turm, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schwingungstilger gemäß einem der Ansprüche 1 - 20 aufweist, welcher außen oder innen, im oder am Turm oder an oder in der Gondel dauerhaft oder temporär befestigt ist. 21. Wind power plant comprising nacelle, rotor and tower, characterized in that it has a vibration damper according to one of claims 1-20, which is permanently or temporarily attached outside or inside, in or on the tower or on or in the nacelle.
22. Stützfedervorrichtung für eine Masse mit durch Gasdruck adaptierbarer Hubkraft, umfassend: 22. Support spring device for a mass with lifting force adaptable by gas pressure, comprising:
(a) einen ersten, ggf. gelenkigen Anbindungspunkt für eine ihrer Gewichtskraft zu verändernde Masse (1) und einen zweiten gegenüberliegen, ggf. gelenkigen Anbindungspunkt für eine Trägerstruktur (6); wobei zwischen den beiden Anbindungspunkten die Elemente der Merkmale (b) - (d), und oberhalb und unterhalb die Masse (1) und die Trägerstruktur (6) angeordnet sind, (a) a first, possibly articulated, connection point for a mass (1) whose weight is to be changed and a second opposite, possibly articulated, connection point for a support structure (6); wherein the elements of features (b) - (d), and above and below the mass (1) and the support structure (6) are arranged between the two connection points,
(b) mindestens einen druckfesten Behälter (7.5), welcher ein Gas- oder Luftvolumen (7.6) enthält, das durch eine Ein-/Auslassvorrichtungen (7.10) zu- oder abgeführt werden kann, wobei der Behälter vorzugsweise als Teil der Stützvorrichtung ausgebildet, (c) mindestens ein elastisches Luftfederelement (7.1 )(7.1.1 )(7.1 .2) oberhalb oder unterhalb des Behälters (7.5), welches mit dem Gasvolumen im Behälter (7.5) in funktioneller Verbindung steht und entsprechend des voreingestellten Gasdruckes seine Steifigkeit und Größe ändert, wodurch eine Erhöhung oder ein Absenken und damit eine Änderung der Hubkraft des Luftfederelements entlang der Längsachse der Stützvorrichtung (7) und damit ein Anheben oder Absenken der Masse (1) bewirkt wird,(b) at least one pressure-tight container (7.5) which contains a gas or air volume (7.6) which can be supplied or discharged through an inlet / outlet device (7.10), the container preferably being designed as part of the support device, ( c) at least one elastic air spring element (7.1) (7.1.1) (7.1 .2) above or below the container (7.5), which is in functional connection with the gas volume in the container (7.5) and its rigidity and size according to the preset gas pressure changes, whereby an increase or a lowering and thus a change in the lifting force of the air spring element along the longitudinal axis of the support device (7) and thus a raising or lowering of the mass (1) is effected,
(d) eine Führungsstange (7.4) zur Führung und Halterung des Gas- / Luftbehälters (7.5) und des elastischen Luftfederelements (7.1) 7.1 .1 )(7.1.2), wobei die Führungsstange zwischen Luftfederelement (7.1 )(7.1.1 )(7.1 .2) und Gas- / Luftbehälter (7.5) ein Gleitlager (7.3) aufweist, so dass sich der Gas- / Luftbehälter (7.5) durch Änderung der Hubkraft des Luftfederelements entsprechend vertikal entlang der Führungsstange bewegen und somit auf die Gewichtskraft der Masse Einfluss nehmen kann, und optional (d) a guide rod (7.4) for guiding and holding the gas / air container (7.5) and the elastic air spring element (7.1) 7.1 .1) (7.1.2), the guide rod between the air spring element (7.1) (7.1.1) (7.1 .2) and gas / air container (7.5) has a slide bearing (7.3) so that the gas / air container (7.5) moves vertically along the guide rod by changing the lifting force of the air spring element and thus to the weight of the mass Can influence, and optional
(e) eine Druck-Regel- und Steuereinheit (7.11 )(7.12) zur Anpassung des Gas-/ Luftdruckes. (e) a pressure regulation and control unit (7.11) (7.12) for adjusting the gas / air pressure.
EP21706838.6A 2020-02-17 2021-02-15 Adaptive tuned mass damper for damping low excitation frequencies Pending EP4107407A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20000069 2020-02-17
EP20020532 2020-11-16
PCT/EP2021/025055 WO2021164938A1 (en) 2020-02-17 2021-02-15 Adaptive tuned mass damper for damping low excitation frequencies

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4107407A1 true EP4107407A1 (en) 2022-12-28

Family

ID=74672270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21706838.6A Pending EP4107407A1 (en) 2020-02-17 2021-02-15 Adaptive tuned mass damper for damping low excitation frequencies

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12006998B2 (en)
EP (1) EP4107407A1 (en)
CN (1) CN115053083A (en)
WO (1) WO2021164938A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114508462A (en) * 2022-01-13 2022-05-17 重庆大学 Installation device and system for circular tower tube shock absorber of wind turbine generator system

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK174404B1 (en) * 1998-05-29 2003-02-17 Neg Micon As Wind turbine with vibration damper
JP2002521617A (en) * 1998-07-28 2002-07-16 エンエーゲー ミコン アクティーゼルスカブ Wind turbine blade having U-shaped vibration damping means
DE19856500B4 (en) * 1998-12-08 2005-12-08 Franz Mitsch vibration absorber
FR2808256B1 (en) * 2000-04-27 2002-08-30 Eurocopter France ROTOR WITH VERTICAL PENDULUM HEAD ANTI-VIBRATOR
CN200949272Y (en) * 2005-12-13 2007-09-19 滕军 Dynamic shockabsorbing and energy consumption apparatus capable of reducing high tower structure wind-induced vibration responses
DE102006055757B4 (en) 2006-11-25 2012-03-15 Continental Teves Ag & Co. Ohg Self-inflating level control
CA2705235A1 (en) * 2007-11-28 2009-06-04 Vestas Wind Systems A/S Method for damping oscillations in a wind turbine
US20120304808A1 (en) * 2010-02-18 2012-12-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Dynamic damper
DE102010015160B4 (en) 2010-04-16 2012-02-23 Wölfel Beratende Ingenieure GmbH & Co. KG Tower vibration damper for a wind turbine and wind turbine
WO2012090259A1 (en) * 2010-12-27 2012-07-05 三菱重工業株式会社 Vibration control device for windmill for wind-powered electricity generation, and windmill for wind-powered electricity generation
DE102011101271A1 (en) * 2011-05-12 2012-11-15 Wölfel Beratende Ingenieure GmbH & Co. Tower vibration damper and tower with a tower vibration damper
DE102012222191A1 (en) * 2012-12-04 2014-06-05 Wobben Properties Gmbh Vibration-limiting module and device, building segment for a construction device and wind turbine with a vibration-limiting module
WO2016087030A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Esm Energie- Und Schwingungstechnik Mitsch Gmbh Adaptive oscillation damper having a vertical spring mechanism
DE102015000787A1 (en) * 2015-01-26 2016-07-28 Senvion Gmbh Load-receiving means for a tower or a tower section of a wind turbine and method for erecting a wind turbine
KR102581556B1 (en) 2015-08-28 2023-09-21 에프엠 에네르기 게엠베하 운트 코.카게 Vibration absorber with rotating mass
KR101844386B1 (en) * 2015-12-10 2018-04-03 삼성중공업 주식회사 A vibration absorber
EP3415786B1 (en) * 2017-06-13 2021-10-20 GE Renewable Technologies Wind B.V. Tuned mass dampers for damping an oscillating movement of a structure
CN111164326B (en) 2017-08-08 2022-02-22 Fm能源有限责任两合公司 Rotary damper and vibration damper equipped with the same
US10400754B2 (en) * 2017-08-09 2019-09-03 General Electric Company Damping device for onshore and offshore wind turbines
DK3749878T3 (en) 2018-02-08 2022-05-30 Esm Energie Und Schwingungstechnik Mitsch Gmbh ROTATION-EQUIPMENT DAMPER WITH BELT DRIVE
US11732690B2 (en) * 2018-04-18 2023-08-22 Fm Energie Gmbh & Co. Kg Damping cardanic suspension for pendulum dampers
CN112392893A (en) * 2020-11-16 2021-02-23 湖南省潇振工程科技有限公司 Three-swing-rod type eddy current tuned mass damper for vibration reduction of fan tower
CN115059731B (en) * 2022-05-19 2023-04-07 湖南大学 Spring pendulum type collision tuned mass damper applied to fan and design method

Also Published As

Publication number Publication date
US20230062968A1 (en) 2023-03-02
CN115053083A (en) 2022-09-13
WO2021164938A1 (en) 2021-08-26
US12006998B2 (en) 2024-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1008747B1 (en) Vibration absorber for wind turbines
EP3048295B1 (en) Method for errecting a wind energy system and wind energy system
WO2018189245A1 (en) Vibration damping of a wind turbine tower
EP3899266B1 (en) Impulse tuned mass damper for tall, slim structures
WO2011079911A2 (en) Wave power plant
EP3717794B1 (en) Vibratory machine and method for operating a vibratory machine
EP3227579A1 (en) Adaptive oscillation damper having a vertical spring mechanism
EP2464589B1 (en) Conveyed-goods distributor
WO2017089047A1 (en) Vertical axis wind turbine
DE202017105133U1 (en) Pivoting holding, supporting and / or adjusting device for solar modules
EP4107407A1 (en) Adaptive tuned mass damper for damping low excitation frequencies
EP3048326A1 (en) Vibration damper for a wind turbine, method for installing a vibration damper in a tower of a wind energy system and wind energy system
EP2888051B1 (en) Grinding device
DE102012025649A1 (en) Test bench for a rotor blade, arrangement with such a test bench and method for operating such a test bench
DE2056730B2 (en) Device for improving the longitudinal stability of a helicopter
DE4241631C2 (en) Wind turbine
DE102010045567A1 (en) Damper valve for use in pneumatic spring for damping relative motion between main chassis beam of structure and connecting rod of commercial vehicle, has coupling element whose ends are connected with fastening element and mass
WO2020239589A1 (en) Industrial installation having a damping system for damping vibrations
WO2010086300A2 (en) Pendulum mill
DE19712542C2 (en) Device and method for generating a directed force from a rotary movement
CH706298A2 (en) Wind turbine has vertical axis having support beam rigidly fastened to vertical axis, where lower folding wings and upper folding wings are attached to support beam
DE102009010584B4 (en) Device for positioning a gear in a wind turbine
EP3676510B1 (en) Punch press mounted on spring-damper elements
EP4314446A1 (en) Broadband liquid column damping system and adaptation method
DE202008009193U1 (en) Device for regulating the flow rate of an outlet or inlet opening of a compensating tank for liquids

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220912

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)